Ángel oliverio fernández escobar bryan josue espinoza oviedo
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sGrupo de capacitación e investigación pedagógica
EFECTO DE LA VISCOSIDAD DEL MUCÍLAGO DE CÁSCARA DE CACAO NACIONAL EN LA CLARIFICACIÓN DE JUGO DE CAÑA DE LA VARIEDAD RAGNAR
Ángel Oliverio Fernández EscobarEmma Torres NavarreteBryan Josue Espinoza Oviedo
EFECTO DE LA VISCOSIDAD DEL MUCÍLAGO DE CÁSCARA DE CACAO NACIONAL EN LA
CLARIFICACIÓN DE JUGO DE CAÑA DE LA VARIEDAD
RAGNAR
sGrupo de capacitación e investigación pedagógica
EFECTO DE LA VISCOSIDAD DEL MUCÍLAGO DE CÁSCARA DE CACAO NACIONAL EN LA
CLARIFICACIÓN DE JUGO DE CAÑA DE LA VARIEDAD
RAGNAR
Ángel Oliverio Fernández EscobarEmma Torres Navarrete
Bryan Josue Espinoza Oviedo
sGrupo de capacitación e investigación pedagógica
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Editado en Guayaquil - Ecuador
ISBN: 978-9942-33-273-8
Título original:EFECTO DE LA VISCOSIDAD DEL MUCÍLAGO DE CÁSCARA
DE CACAO NACIONAL EN LA CLARIFICACIÓN DE JUGO DE CAÑA DE LA VARIEDAD RAGNAR
© Ángel Oliverio Fernández EscobarEmma Torres Navarrete
Bryan Josue Espinoza Oviedo
2020, Publicado por acuerdo con los autores.
© 2020, Editorial Grupo CompásUniversidad Técnica Estatal de Quevedo
Guayaquil-Ecuador
Cita.Fernández. A, Torres. E, Espinoza. B. (2020) EFECTO DE LA VISCOSIDAD DEL MUCÍLAGO DE CÁSCARA DE CACAO NACIONAL EN LA CLARIFICACIÓN DE JUGO DE CAÑA DE LA VARIEDAD RAGNAR, Editorial Compás, Guayaquil Ecuador, 72 pag
2
Contenido
Prólogo .................................................................................................................... 4
Introducción ........................................................................................................... 7
Importancia o caracterización del tema ........................................................... 7
CAPITULO 1: MARCO TEÓRICO .......................................................................... 16
Bases científicas y teóricas ................................................................................. 22
Los mucílagos ....................................................................................................... 22
Caña de azúcar (Saccharum officinarum) y procesos de clarificación de
los jugos. 25
CAPÍTULO 2: ASPECTOS METODOLÓGICOS ...................................................... 42
Experimentos realizados ..................................................................................... 42
Métodos 42
Población y Muestra. ........................................................................................... 47
Técnicas ................................................................................................................ 47
Obtención del mucílago de cáscara de cacao (Theobroma cacao L)
nacional. 47
Determinación de la viscosidad del mucilago de cáscara de cacao
(Theobroma cacao L) nacional. ....................................................................... 53
Adición de mucílago de cáscara de cacao (Theobroma cacao L). .......... 59
Gradiente de temperatura para la acción del mucílago de cáscara de
cacao (Theobroma cacao L) nacional. .......................................................... 59
Retiro de la cachaza, clarificación propiamente dicha. ............................... 60
Determinación del color espectral y saturación. ............................................ 61
CAPITULO 3: RESULTADOS Y CONCLUSIÓN ....................................................... 63
Análisis del proceso de obtención del mucílago de cáscara de cacao
(Theobroma cacao L) nacional. ....................................................................... 63
3
Análisis del proceso de clarificación de los jugos de caña de azúcar
(Saccharum officinarum) de la variedad ragnar usando mucílago de
cáscara de cacao (Theobroma cacao L) nacional. ..................................... 64
Discusión ............................................................................................................... 64
Formas de extracción de los mucílagos. .......................................................... 64
Dosis de mucílago en procesos de clarificación. ............................................ 65
Temperatura adecuada para adición de mucílagos y su gradiente de
calentamiento. .................................................................................................... 66
Control de pH de los jugos de caña de azúcar. ............................................. 67
Color de los jugos clarificados. .......................................................................... 68
Conclusiones ........................................................................................................ 71
BIBLIOGRAFÍA CITADA ......................................................................................... 72
4
Índice de Tablas Tabla 1: Arreglo factorial a*b para la obtención del mucílago de cacao
(Theobroma cacao l) nacional con 30 cp. ...................................................... 46
Tabla 2: Arreglo factorial a*b para el establecimiento de los indicadores
clarificación del jugo de caña de azúcar (Saccharum officinarum) de la
variedad ragnar. .................................................................................................. 46
Tabla 3: Viscosidad del mucilago de cascara de cacao (Theobroma
cacao l) nacional obtenido mediante inmersión en agua a dos tiempos en
cada tratamiento. ............................................................................................... 63
5
Índice de Ilustraciones Ilustración 1: Cosecha de cacao (Theobroma cacao L) nacional. ............. 48
Ilustración 2: Diagrama de bloques mostrando corrientes de entrada y
salida del proceso de obtención del mucílago de cáscara de cacao
(Theobroma cacao L) nacional. ....................................................................... 52
Ilustración 3: Viscosímetro de Ostwald. ............................................................. 55
Ilustración 4: Diagrama de bloques mostrando corrientes de entrada y
salida del proceso de clarificación del jugo de caña de azúcar
(Saccharum officinarum) de la variedad ragnar usando mucílago de
cáscara de cacao (Theobroma cacao L) nacional. ..................................... 62
6
Prólogo
La investigación para este libro se realizó en el cantón Pangua, provincia
Cotopaxi. Se caracteriza por: 1) Extraer mucílago de cáscara de cacao
(Theobroma cacao L) nacional, y 2) Delimitar las variables del proceso de
clarificación de los jugos de caña de azúcar (Saccharum officinarum) de la
variedad ragnar y su indicador del color espectral y de saturación.
La combinación de tratamientos en el proceso de clarificación fue
necesario trabajar con un patrón de comparación. La extracción del
mucílago de cascara de cacao maduro soltó el floculante de manera
rápida, estableciéndose una fórmula y procedimiento de extracción. Para
la evaluación estadística de los resultados de color de saturación, se realizó
pruebas de normalidad según el estadístico de Shapiro-Wilk; aplicando el
test de Friedman y el de Holm de comparaciones múltiples, permitieron
identificar como mejor tratamiento de clarificación de jugos de caña de la
variedad ragnar por eliminar adecuadamente la cachaza, la combinación
a1b2 (25 cp * 2,25 %), y, establecer los descriptivos, así: Color espectral 576
nm; Saturación 46,905167 %; desviación estándar 2,7548050; Mediana
46,3554 %; Varianza 7,589 y un Rango de 5,4267.
7
Introducción
Importancia o caracterización del tema
La cáscara cortada del cacao (Theobroma cacao L) nacional, CCN-51 y
otras variedades tienen la propiedad de desprender una sustancia babosa
al entrar en contacto con el agua, cambiando su color y su viscosidad,
denominada mucílago; este fenómeno es observado cuando se cosecha
cacao en épocas lluviosas (enero a mayo) del cantón Pangua, cuyas
cáscaras que quedan votadas en los huertos al ser bañados por el agua de
lluvia generan un mucilago fácilmente desprendible.
Este estudio involucró dos fases experimentales:
1. Extracción del floculante natural a partir de la cáscara de cacao
nacional, macerando las cáscaras de cacao (Theobroma cacao
L) nacional y encaminando a encontrar una técnica sencilla de
extracción del mucílago vegetal, cuya solución viscosa de 30 cp.
o ligeramente mayor que 30 cp. sea en el menor tiempo posible;
y,
2. Aplicación del floculante natural en el jugo de caña de azúcar
(Saccharum officinarum) de la variedad Ragnar con la finalidad
de definir la viscosidad y concentración de mucílago de cacao
(Theobroma cacao L) nacional que permita actuar efectivamente
en el proceso de clarificación del jugo.
La importancia radica en aprovechar el residuo de la cosecha de cacao
(Theobroma cacao L) nacional para productores del sector cacaotero; y,
tributar a la mejora del proceso de clarificación de jugos de caña de azúcar
(Saccharum officinarum) en el sector cañicultor de la jurisdicción del cantón
Pangua, con alcance de aplicación en otros sectores del país y el exterior.
8
Esta investigación se proyecta a ser beneficioso para dos sectores
claramente definidos: 1) el cacaotero y 2) el cañicultor; desde el punto de
vista económico y social, haciendo útil un residuo de cosecha de la pepa
de oro; y encaminar a la disminución de la explotación de otras especies
vegetales, tal como el balso, que para extraer mucílago se debe cortar la
corteza de la planta causando la muerte del árbol; así se demuestra la
relevancia de este trabajo.
El uso alternativo de soluciones viscosas a partir de la cáscara de cacao
(Theobroma cacao L) nacional en procesos de clarificación de jugos de
caña de azúcar (Saccharum officinarum) de la variedad ragnar, abre
posibilidades de investigación en una operación unitaria crítica de jugos
destinados a varios derivados, como son: panela (atados, bloques o
granulada), jugo natural envasado, mieles, alfeñiques y otros, dándole
continuidad a la utilización de clarificadores naturales para una
alimentación más sana.
Los resultados de este estudio, permitirán la diversificación del uso de
soluciones viscosas en la industria panelera; y comprender que, la
clarificación de los jugos se da por la coagulación de sólidos en suspensión
presentes en los jugos de caña de azúcar (Saccharum officinarum) de la
variedad ragnar como efecto de la acción del mucílago de cáscara de
cacao (Theobroma cacao L) nacional, cuyas impurezas se aglomeran
homogéneamente en la superficie de los jugos en proceso de clarificación
por presentar una densidad menor, permitiendo la separación manual con
el apoyo de un tamiz; a este residuo que se retira de los jugos se conoce
con el nombre de cachaza.
Entre otros factores, el grado de extracción de los jugos de caña de azúcar
(Saccharum officinarum) tiene influencia en la calidad de la panela (color),
mieles y alfeñiques; porcentajes de 60 a 65 % se consideran aceptables. Si
supera estos valores, pueden afectar la calidad de los jugos debido al
aumento de pectinas, gomas, ceras, grasas, etc. que dificultan el proceso
9
de clarificación y genera coloraciones indeseables en los jugos (Duran,
Zapata, & García, 1992).
En el cantón Pangua no se realiza una zafra, sino, la cosecha de caña de
azúcar (Saccharum officinarum) es mediante entresaque o desguíe, y, del
área de cultivo es transportada en acémilas hasta la unidad de producción.
Seguidamente, la caña de azúcar previo una limpieza (con la ayuda de
machetes) de raicillas y musgos, es molida en trapiches de tracción animal
y en menor proporción los agricultores lo hacen en trapiches de acción
mecánica (motor). Unos realizan prelimpieza y otros no; el jugo es
trasladado a pailas de calentamiento y evaporación en la cual son
limitados los agricultores que utilizan mucílago de balso para clarificar (otros
no lo hacen por desconocimiento o simplemente no tienen las plantas de
balso).
Para clarificar con mucílago de balso, utilizan soluciones de viscosidades
desconocidas y concentraciones variables; y quienes no usan mucilagos,
clarifican los jugos retirando la cachaza producida solo por el efecto del
calentamiento, generando normalmente panelas de color no
estandarizado. Quienes conocen del proceso de elaboración de panela,
comprenden que una adecuada clarificación del jugo de caña de azúcar
contribuye a la calidad sensorial del producto final, en aspectos como el
color.
En Moraspungo hay cultivos de balso que son explotados cuya madera es
exportada para diversos fines. Pero en el sector cañicultor existe balso que
no es sembrado y cuidado con propósitos de venta maderera, sino que las
plantas crecen espontáneamente en laderas y se desarrollan siempre y
cuando el agricultor los permita.
Existen referencias bibliográficas donde indican que para clarificar jugos de
caña se usan mucilagos vegetales como el balso, el cadillo, guácimo,
yausabara, yausa entre otros.
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En el contexto anterior, el estudio del efecto de mucílago de cáscara de
cacao nacional en la clarificación de jugos de caña de azúcar (Saccharum
officinarum) de la variedad ragnar, sirvió, para la determinación de las
variables adecuadas del proceso de clarificación; y, brindar una nueva
alternativa de mucilago con propiedades clarificantes al sector cañicultor.
Todo esto, considerando que en la Parroquia Moraspungo se cultiva cacao
(Theobroma cacao L) nacional, CCN-51, híbridos y otros; y que, la cáscara
del cacao (Theobroma cacao L) no se da ningún uso en el sitio indicado.
Conociendo que nuestro país es uno de los principales productores
mundiales de cacao (Theobroma cacao L), posee ventajas en la
producción de cáscara como residuo del beneficio de sus almendras, y, las
necesidades de diversificación de la obtención de mucilagos para la
industria panelera ante el agotamiento de otros recursos naturales esta
investigación contribuirá al desarrollo de agentes clarificantes para los jugos
de caña en la industria panelera de origen natural.
En la actualidad es necesario diversificar nuestras industrias y aprovechar los
residuos del sector agrícola para minimizar el impacto al medio ambiente
de los mismos, además de la búsqueda de variantes productivas que
disminuyan el uso incontrolado de especies vegetales sobreexplotadas.
Esta investigación contribuirá al mejoramiento de la calidad de panela, sin
limitaciones materiales en este caso mucilagos vegetales al contar con un
volumen considerable de cáscara de cacao (Theobroma cacao L)
nacional, en zonas cercanas al sector cañicultor. Y sobre todo el
aprovechamiento de los mucilagos en la elaboración de productos
alimenticios.
La extracción del mucílago de cáscara de cacao (Theobroma cacao L)
nacional se desarrolló en el Recinto Las Juntas perteneciente a la Parroquia
Moraspungo, ubicado a una altura promedio de 290 msnm. Las mazorcas
se tomaron de la finca de propiedad de la familia Fernández – Escobar.
11
El proceso de clarificación para delimitar sus variables de viscosidad y
concentración del mucílago de cáscara de cacao (Theobroma cacao L)
nacional, se hizo en la propiedad del Sr. René Paucar en el Recinto San
Ramón de la Parroquia El Corazón, que está a una altura aproximada de
980 msnm.
Las parroquias citadas están dentro de la jurisdicción del cantón Pangua,
provincia Cotopaxi.
La corteza del cacao (Theobroma cacao L) nacional al realizar cortes se
oxida rápidamente, por lo que fue necesario buscar mecanismos de control
de oxidación de la solución mucilaginosa; y creer que la extracción del
mucílago hasta llegar a una viscosidad de 30 cp. o ligeramente mayor que
30 cp. se consigue en tiempos iguales en cualquier factor o nivel de estudio
fue una hipótesis a probar. En la medición de viscosidad se usó un
viscosímetro de Ostwald, y un termómetro para realizar la determinación in
situ. Este análisis se realizó en los laboratorios de Bromatología de la
Universidad Técnica Estatal de Quevedo.
Mientras que para el proceso de clarificación de jugos de caña de azúcar
(Saccharum officinarum) de la variedad ragnar, se llevó el mucilago de
cáscara de cacao (Theobroma cacao L) nacional previamente extraído y
congelado hasta el Recinto San Ramón, apoyado de dos equipos: 1)
materiales: brixómetro, pH-metro, termómetro, cocina industrial, entre otros;
y 2) humano: conformado por 4 personas para realizar las etapas de lavado
de la caña, extracción, prelimpieza, calentamiento y clarificación.
Para analizar en el colorímetro, el efecto de la viscosidad del mucilago de
cascara de cacao (Theobroma cacao L) nacional en la clarificación de
jugo de caña de azúcar (Saccharum officinarum) de la variedad ragnar, en
los tratamientos se controló que todos sean realizados en igualdad de
condiciones, lo siguiente:
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ü La temperatura de adición del mucílago,
ü La gradiente de temperatura de acción del mucílago,
ü El valor de pH de los jugos de caña de la variedad de
caña,
ü El retiro de la cachaza sea a la misma temperatura, y
ü El tiempo de toma de muestras después de haber
alcanzado la ebullición de los jugos.
Los análisis de colorimetría se realizaron en los laboratorios de la escuela de
Ingeniería Agroindustrial de la Universidad Técnica del Norte.
La fase experimental fue desarrollada en los meses de septiembre y octubre
del año 2015; esto es, en época seca en la jurisdicción del cantón Pangua,
en donde la caña de azúcar presenta su mejor contenido de °Brix. No es
objetivo de esta investigación realizar un estudio comparativo del
comportamiento de los jugos de caña de azúcar (Saccharum officinarum)
de la variedad ragnar en las dos épocas del año (de sequía y otra lluviosa)
existentes en esta jurisdicción.
La naturaleza y alcance de la estructura cambiante de la demanda
Agroalimentaria ofrecen oportunidades sin precedentes para la
diversificación y adición de valor en el sector agrícola, especialmente en los
países en desarrollo. Las perspectivas de un crecimiento constante de la
demanda de alimentos y de productos agrícolas con valor añadido
constituyen un incentivo para prestar mayor atención al desarrollo de las
agroindustrias en un contexto de crecimiento económico, seguridad
alimentaria y estrategias para acabar con la pobreza. (Da Silva, Baker,
Shepherd, Jenane, & Miranda da Cruz, 2013).
Goyes Terán (2014) menciona en su estudio “Reingeniería del proceso de
clarificación del jugo de caña en el ingenio azucarero del norte IANCEM”
señala que, como es importante que la precipitación sea rápida, se utilizan
ayudantes de clarificación químicos conocidos genéricamente como
13
floculantes (polímeros sintéticos, poliacrilamidas, parcialmente hidrolizadas,
de gran masa molecular (10 - 20*106)), generalmente son aniónicas, los
cuales al entrar en contacto con el jugo de caña de azúcar (Saccharum
officinarum) expanden sus cadenas poliméricas moldeando una especie
de telaraña, la cual, al ir descendiendo por efecto de la gravedad, la masa
mucilaginosa captura a su paso las impurezas que regularmente son
catiónicas (la captura se realiza por diferencia de carga eléctrica).
Los mucílagos vegetales son extraídos y estudiados por diversos autores y
con distintos fines; así, Nazareno y Padrón Pereira(2011) en el estudio de
“Nuevas tecnologías desarrolladas para el aprovechamiento de las
cactáceas en la elaboración de alimentos. Componentes funcionales y
propiedades antioxidantes”, concluyeron que, el mucílago aislado es una
mezcla compleja de polisacáridos, de los cuales, menos del 50 %
corresponden a polímeros semejantes a las pectinas. Adicionalmente,
mediante el método Bradford no detectaron contenido de proteínas en el
mucílago.
Quezada Moreno y Gallardo Aguilar (2014) exponen que la extracción del
mucílago con agitación mecánica no tiene influencia en la clarificación de
jugos, pero se necesita que éste sea debidamente homogeneizado. Sin
embargo, la clarificación de los jugos es mejor para concentraciones altas
de extractos, en la mayoría de las plantas estudiadas.
En el Ecuador existe un tipo de cacao (Theobroma cacao L) único en el
mundo conocido con el nombre de “Nacional”, el cual se lo reconoce por
tener una fermentación muy corta y dar un chocolate suave de buen sabor
y aroma, por lo tanto, es reconocido alrededor del mundo con la
clasificación fino o de aroma. Así mismo, desde el siglo XIX era cultivado en
zonas de la cuenca alta de los ríos Daule y Babahoyo, los cuales forman el
Río Guayas y era trasladado hasta el puerto de Guayaquil para la
exportación, razón por la cual se le dio el nombre de “cacao arriba”.
(Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca (MAGAP) y
14
Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y Alimentación
(FAO), 2010)
Los cultivadores de cacao (Theobroma cacao L) nacional de la zona baja
del cantón Pangua, no le dan ningún uso alternativo a la cáscara del
cacao que es considerado desecho. Esta investigación se plantea usar
floculante natural obtenido a partir de la cáscara de cacao (Theobroma
cacao L) nacional para procesos de clarificación de jugos de caña de
azúcar (Saccharum officinarum) de la variedad ragnar cultivados en el
cantón Pangua; y que, bien puede difundirse a nivel nacional e
internacional.
En nuestro país la corteza de cascara de cacao (Theobroma cacao L)
nacional no es aprovechado, pudiéndose utilizar para la extracción de
mucilago útil en la clarificación de jugos de caña de azúcar (Saccharum
officinarum) de la agroindustria panelera; encaminándose a la utilización
de desechos de la agricultura y reemplazando especies vegetales que son
explotadas actualmente.
Los floculantes, ya sea de origen químico o natural se emplean para
aumentar la aglomeración de los flóculos, incrementar la velocidad de
sedimentación, compactación y reducción del volumen de cachaza;
mejorando la claridad (turbiedad) del jugo clarificado.
Además, Ecuador es un país productor y consumidor de panela por su
demanda en el mercado nacional y también se exporta este edulcorante
a países como España, Italia y Alemania.
Existe la alternativa de reemplazar los mucílagos vegetales por compuestos
químicos que realizan la misma función, pero en las investigaciones
realizadas hasta el momento por el CIMPA no han mejorado los resultados
obtenidos con los mucílagos naturales, y en algunos de los casos presentan
residuales. De los polímeros se han evaluado las poliacrilamidas aniónicas,
15
catiónicas y no iónicas. Es por ello que para la solución de las dificultades es
necesario la búsqueda de mucilagos vegetales que permitan la
clarificación.
En esta investigación se estableció un procedimiento de obtención de una
solución viscosa, considerando la masa de cáscara de cacao nacional, el
volumen de agua a utilizar y el tiempo de sumergido de las cáscaras, entre
otros; mismo que será de utilidad para la aplicación práctica en el proceso
de clarificación de los jugos de caña de azúcar (Saccharum officinarum)
de la variedad ragnar.
Seguidamente se delimitó las variables del proceso de clarificación de jugo
de caña de azúcar (Saccharum officinarum) de la variedad ragnar,
mayormente usada en la elaboración de panela en el cantón Pangua. El
fin es mejorar las condiciones higiénicas e inocuidad de un edulcorante
usado por varios estratos sociales del Ecuador y el mundo.
Usar un floculante natural no empleado en el sector cañicultor de Pangua
y su entorno, ofertando un procedimiento de obtención sencillo del
mucílago de cacao y una aplicación fácil de experimentar en la
clarificación de los jugos de caña de azúcar (Saccharum officinarum).
Inducir a los cañicultores de Pangua a no quitar la corteza de los árboles de
balso para la obtención del mucílago usado en la clarificación de los jugos
de caña de azúcar; esto debido a que, al segmentar la corteza del balso
se encamina a la muerte de la planta.
16
CAPITULO 1: MARCO TEÓRICO
En la clarificación de jugos de caña de azúcar (Saccharum officinarum) se
han presentado diferentes alternativas de mucilagos basados en los
parámetros que determinan la eficiencia de esta operación unitaria, en los
cuales debe ajustarse valores de pH, temperatura de calentamiento de los
jugos, velocidad de calentamiento de los jugos una vez añadido los
mucílagos, viscosidad y porcentaje de adición de floculantes naturales,
temperatura de retiro de la cachaza negra.
Al término de los referentes bibliográficos, se comienza a revisar los estudios
realizados en torno a la variedad de caña elegida en esta investigación,
así:
Collaguazo Manotoa y Játiva Gavilanes (2007), en su estudio
“Construcción de un prototipo mecánico de batido para mejorar el
proceso de producción de panela granulada artesanal” propuesto en la
EPN en Quito – Ecuador, señalaron que, la variedad de caña de azúcar
(Saccharum officinarum) ragnar es la más cultivada en todo el país, y en la
provincia Cotopaxi es la que se destina a la producción de panela, donde
en ocasiones tiene ciclos largos de cultivo de hasta 20 años, reporta valores
de rendimiento superiores a otras variedades y aunque su ciclo de
producción inicial es más largo siendo de 2 y hasta 3 años es la variedad
más idónea para panelas.
Castillo et Al (2013) en su estudio de “Nueva variedad de caña de azúcar
para la costa Ecuatoriana” señalaron que, la variedad de caña ragnar
aportó datos de rendimiento y producción como estos: 104.5 toneladas de
caña de azúcar (Saccharum officinarum) por hectárea, 120 rendimiento de
azúcar por tonelada de caña y 12.5 toneladas de azúcar por hectárea,
dándole valores superiores a otras variedades regionales y también en
explotación, lo que nos demuestra sus potencialidades en el sector
productivo panelero, solamente es superada por EC-03.
17
Toala Bayas et Al (2013) en el análisis del “Comportamiento de las
variedades comerciales y en desarrollo en el ingenio La Troncal”, trabajo
realizado en el ciclo 2011 – 2012, en seis localidades del ingenio La Troncal,
compararon 10 variedades con tres repeticiones, y la que presenta mejor
promedio de producción entre nueve variedades de caña de azúcar
(Saccharum officinarum) en diferentes tipos de suelos del Ingenio La Troncal
en el 2012 fue: Ragnar, superando a: C86-12, EC-02,PR 10-59,C1051-73, ECU-
01,C87-51,CC85-92, C132-81 y mostrando su adaptabilidad a gran
diversidad de suelos y climas.
Seguidamente se revisa brevemente a la materia prima elegida para
extraer el mucílago que se usa en este estudio, que es el cacao (Theobroma
cacao L) nacional, sobre todo con el fin de resaltar, que la provincia de
Cotopaxi siendo considerada territorio de la serranía ecuatoriana, cultiva
cacao en sus estribaciones.
El Instituto de Promoción de Exportación e Inversiones (PROECUADOR)
(2011) en su “Análisis Sectorial de Cacao y Elaborados” señalan que, el
cacao es conocido en el Ecuador como la “pepa de oro”, que dominó por
varios siglos la generación de divisas para el país, antes de la era del
petróleo, dando lugar al aparecimiento de los primeros capitales y
desarrollando sectores importantes como la banca, industria y el comercio.
Su importancia en la economía radica en que el cacao, en el 2010, fue el
quinto producto más exportado por el Ecuador, dentro de las exportaciones
no petroleras, después del banano, pescados y crustáceos; preparaciones
de: carne, pescado o de crustáceos o moluscos acuáticos (conservas de
pescado) y flores. La región que concentra la mayor superficie cosechada
de cacao es la Costa, que en el 2009 registro el 80% de la superficie total a
nivel nacional. Las provincias que cuentan con una mayor superficie
cosechada de cacao son Manabí, Los Ríos y Guayas, también tiene una
participación Esmeraldas, el Nororiente, El Oro. Las principales provincias de
18
la región Sierra que en menor participación cultivan cacao (Theobroma
cacao L) son Cotopaxi, Bolívar, Cañar.
Abarca et Al (2010) en el estudio “Residuos de Café, Cacao y Cladodio de
Tuna: Fuentes Promisorias de Fibra Dietaría” realizado en el Centro de
Transferencia de Tecnología e Investigación Agroindustrial de la Universidad
Técnica Particular de Loja, citaron que, el mucílago de cacao (Theobroma
cacao L) presenta una alta cantidad de fibra soluble de más de 80% de su
contenido total de fibra dietética, seguido de la cascarilla de cacao, pulpa
de café, pulpa y residuo de extracción de gel de ambas variedades con
valores entre 15 a 31% de su contenido total de fibra dietética.
A continuación, se revisa estudios de plantas proveedoras de mucílago, el
proceso de clarificación que comprende un sistema de varias etapas, estas
son las referencias:
Vásquez Restrepo, Gutiérrez Uribe y Álvarez González (2006) en el estudio
“Propagación por Estacas Juveniles del Balso Blanco (Heliocarpus
Americanus l. Sin. H. Popayanensis) utilizando Propagadores de Sub-
irrigación” resumieron que, el mercado mundial de edulcorantes orgánicos
es una oportunidad para la panela, producto básico de la canasta familiar
que representa ingresos para la población rural de Colombia. El balso
blanco (Heliocarpus americanus L. Sin. H. popayanensis Hook & Arn.) Es la
especie más usada en procesos de clarificación de la panela en Antioquia
y las zonas cañeras colombianas. Pero la extracción de la corteza de
árboles obtenidos de la regeneración natural comienza a ser insostenible,
por el daño causado a las personas y la presión sobre este recurso. La
prohibición del uso de sustancias químicas en procesos de clarificación de
jugos de caña de azúcar para panela ha aumentado la demanda de la
corteza del balso blanco.
La instalación del pre limpiador resulta muy adecuada a la salida del jugo
del molino. Collaguazo Manotoa y Játiva González (2007) en su estudio
19
“Construcción de un prototipo mecánico de batido para mejorar el
proceso de producción de panela granulada artesanal” publicado en
Quito – Ecuador, indicaron que, el uso de pre-limpiadores alcanza una
retención de hasta el 90 por ciento de las impurezas.
Salager Jean y Forgiarini de Guedez, (2007) en la publicación “Fundamentos
de Flotación” realizada en la Universidad de los Andes, Venezuela, señala
que, la clarificación tiene lugar gracias a la flotación, puesto que es
imposible realizar mediante sedimentación, ya que, en las pailas recibidora
y clarificadora de la hornilla panelera, el jugo de caña de azúcar
(Saccharum officinarum) se encuentra en ebullición. Así, algunos sólidos
coloidales y colorantes, dispersos en los jugos, se aglutinan por efecto del
calor en pequeñas masas llamados "flóculos", lo que permite eliminar a
través de métodos físicos. El calentamiento acelera la formación de
partículas de tamaños mayores y densidades inferiores a la del jugo e
incrementa su velocidad de movimiento, lo que facilita su aglutinación y
separación.
Caicedo Velasco y Saa Rivera (2011) en su estudio “Estandarización de una
fórmula de aglutinante natural extraído de la planta de cadillo (triunfetta
láppulal) para emplearse como clarificante en la producción de panela”
realizado en la Universidad de San Buenaventura, citaron que, la
clarificación mediante cortezas se suele realizar de dos maneras diferentes:
La corteza clarificante se sumerge directamente, operación que comienza
cuando los jugos alcanzan temperaturas entre 60 °C y 70 °C (así se realiza
en la mayor parte de las regiones paneleras de nuestro país). O se añade a
los jugos una solución clarificante, la misma que se prepara sumergiendo la
corteza en agua caliente (o mejor en jugo clarificado) hasta obtener un
líquido viscoso.
Salager Jean y Forgiarini de Guedez, (2007) en la publicación “Fundamentos
de Flotación” realizada en la Universidad de los Andes, Venezuela.
Señalaron que, el desarrollo de nuevas presentaciones y el mejoramiento
20
de la calidad del producto final, han sido relevantes en las etapas de
clarificación y punteo de los jugos. En la clarificación se han empleado
técnicas como floculación, flotación y calentamiento y productos químicos
como el hidrosulfito de sodio y colorantes textiles como anilinas, a fin de
obtener una panela de mejor apariencia.
Las plantas más utilizadas para la clarificación de los jugos son el balso
(Heliocarpus americanus L.), el cadillo negro (Triumfetta lappula L.), el
cadillo blanco (Triumfetta mollisima L.), el guásimo (Guazuma ulmifolia Lam),
el cadillo de mula (Pavonia spinifex Cav), el juan blanco (Hemistylis
macrostachis Wedd) y el san joaquín (Malvaviscus penduliflorus Oc) estos
mucílagos tienen un gran poder floculante y permiten el aglutinamiento de
las impurezas facilitando y mejorando el proceso de limpieza de los jugos.
Caicedo Velasco y Saa Rivera (2011) en su estudio “Estandarización de una
fórmula de aglutinante natural extraído de la planta de cadillo (triunfetta
láppulal) para emplearse como clarificante en la producción de panela”
realizado en la Universidad de San Buenaventura, exponen que,
tradicionalmente en el proceso de producción de panela se emplea
mucílagos de algunas plantas anteriormente nombradas; en los últimos
años también se ha recurrido al uso de polímeros químicos propios del
proceso azucarero.
Osorio (2007) señala que, la fase de clarificación tiene lugar en la paila
recibidora o descachazadora, y consiste en la eliminación de las cachazas
que son sólidos en suspensión, tales como bagacillos, hojas, arenas, tierra,
sustancias coloidales y sólidos solubles presentes en el jugo de la caña de
azúcar (Saccharum officinarum). La limpieza de los jugos ocurre por la
acción combinada del calentamiento suministrado a la hornilla y el
aglutinante de ciertos compuestos naturales permitidos dentro de las BPM
como los cadillos, el balso, el guácimo, juan blanco, san joaquín, entre otros.
Al macerar las cortezas de algunos árboles y arbustos, como el balso, el
guácimo y el cadillo, se obtiene un mucílago que contiene polímeros
21
celulósicos con propiedades aglutinantes. Los sólidos en suspensión se unen
entre sí y forman una masa homogénea que se conoce como cachaza, la
cual flota sobre el jugo y permite separar manualmente.
Quezada Moreno y Gallardo Aguilar (2014) en su estudio “Obtención de
Extractos de Plantas Mucilaginosas para la Clarificación de Jugos de Caña”
concluyeron que, otras plantas como abrojo, cucarda, falso Joaquín, como
arbustos y otras como malva blanca y rosada y especialmente la malva
silvestre, uyanguilla y nieve consideradas como malas hierbas no han sido
empleadas, ni estudiadas y se hace necesario continuar el estudio de la
clarificación, empleando los mucílagos con mejores resultados, para otras
condiciones de operación en la clarificación. En el análisis de dicha
referencia se puede apreciar los resultados de la densidad y la viscosidad
en los macerados de las diversas plantas, y valores de turbidez medida al
jugo clarificados con los extractos de estos mucílagos pudiéndose mostrar
valores similares de otras plantas diferentes a las tradicionales para estos
fines, como el falso Joaquín y con el uso de agitación.
Así mismo, estos autores explican que la extracción del mucílago con
agitación mecánica no tiene influencia en la clarificación, pero se necesita
que éste tenga un buen mezclado. Sin embargo, el comportamiento de la
clarificación en jugos es mejor para concentraciones altas de extractos, en
la mayoría de las plantas estudiadas.
Matute et Al (2012) en la “Determinación de la Concentración Óptima de
Floculante a usar en la Clarificación de Jugos de Caña en una Central
Azucarera” citan que, las concentraciones óptimas de floculantes pueden
determinarse mediante una serie de técnicas, incluyendo los estudios de
velocidad, volumen de sedimentación y transparencia del jugo clarificado.
Cuéllar y Guerrero (2012) en el informe “Actividad antibacteriana de la
cáscara de cacao, Theobroma cacao L” reportan estudios respecto a la
cáscara de cacao que es el principal desecho de esta industria, se han
22
desarrollado investigaciones donde se utiliza para la alimentación de
porcinos y gallos; como fuente comercial de pectinas; en la obtención de
espumas de poliuretano para uso hortícola y algunos hacen referencia a la
actividad antibacteriana de extractos de la cáscara de cacao (Theobroma
cacao L) frente a Streptococcus mutans.
Bases científicas y teóricas
Los mucílagos
El mucílago es un producto orgánico de origen vegetal, de peso molecular
elevado superior a 200000 g/g-mol, cuya estructura molecular completa es
desconocida. Están conformados por polisacáridos celulósicos que
contienen el mismo número de azúcares que las gomas y pectinas (Duran,
Zapata, & García, 1992)
El mucílago es una sustancia compleja cuya reacción puede ser ácida o
neutra y su función es diversa, dependiendo de la planta donde proviene.
Están formados por polisacáridos celulósicos con igual número de azúcares
que las gomas y pectinas, por lo que tienden a confundirse con estas,
diferenciándose solo en sus propiedades físicas. Los mucílagos en agua
producen coloides poco viscosos que presentan actividad óptica. La
coagulación con mucílagos genera una serie de reacciones físicas y
químicas entre el coagulante y el jugo que desestabilizan las fuerzas de
interacción entre las partículas produciendo el arrastre de las mismas hacia
la superficie de los jugos con el mucílago (Pacheco, Mendoza Mociño, Silva
Puente, & Granados, 2003); (Pérez Echeverry, 2004).
El mucílago es producido en células secretoras especializadas, las cuales,
pueden encontrarse en hojas, tallos, raíces y semillas; su presencia o
ausencia, así como su función en cualquier estructura, depende de la
adaptación e incluso de la supervivencia de cada especie en particular
(Pacheco, Mendoza Mociño, Silva Puente, & Granados, 2003).
23
Las plantas mucilaginosas las más empleadas en general en la industria
panelera han sido el balso, guácimo y cadillo (Duran, Zapata, & García,
1992); (Prada, 2002), ya que estos tienen un gran poder floculante y
permiten el aglutinamiento de las impurezas facilitando y mejorando el
proceso de limpieza de los jugos (Duran, Zapata, & García, 1992).
Prada (2002) señaló que, la desventaja de este tipo de floculantes radica
en su corta vida útil, por lo cual se recomienda que la solución del
aglutinante deba prepararse con un máximo de seis horas para evitar el
deterioro generado por el ataque de microorganismos que se desarrollan
facilmente en condiciones de humedad y temperatura ambiente. Es por
esto que los trapiches paneleros se trata de conseguir, en lo posible, la
cantidad de corteza necesaria para la molienda, la cual es mezclada con
aguas no tratadas, ocasionando pérdidas significativas en el manejo del
floculante, dada la baja estabilidad estructural de este durante el tiempo
de almacenamiento.
Acorde a Osori (2007) en la actualidad, la tendencia en el uso de estos
floculantes se relaciona con la elaboración de productos amigables con el
medio ambiente, naturales, sanos y producidos ecológicamente; aspectos
direccionados por las exigencias del mercado local, nacional e
internacional.
Características de algunas plantas Mucilaginosas.
Los mucílagos forman soluciones no tóxicas, que no tienen olor, color, ni
sabor y es añadida al jugo de caña de azúcar (Saccharum officinarum)
como coadyuvante de clarificación sin que se alteren sus características
organolépticas.
Ya sea de la corteza, tallo, raíz, hojas o el fruto dependiendo si es balso,
cadillo o guácimo tienen la propiedad de desprender una sustancia
babosa al contacto con el agua, cambiando su color y su viscosidad,
24
denominada mucílago. Los mucílagos producen coloides muy poco
viscosos, que presentan actividad óptica y pueden ser hidrolizados y
fermentados.
A continuación, se cita sus características botánicas del balso, cadillo y
guácimo (Duran, Zapata, & García, 1992):
Balso: Es un árbol muy común en los climas semicálidos y templados del país.
Esta planta es del orden de las Malvales, de la familia Sterculiaceae, sus
nombres científicos son Ochróma lagópus sw, Ochróma obtúsa Rowles y
Tomentosa, Heliocarpus popayanensis. Se conoce vulgarmente en nuestro
país como palo de balsa o boya. Los balsos suelen ser troncos lisos, tener
ramificaciones en sombrillas, hojas grandes, lobadas, palminervias, secas en
color ladrillo.
El Cadillo: Pertenece a la familia de las Tiliáceas (Triumfétta láppula L.) es
conocida vulgarmente como pega-pega, el mucílago se encuentra en el
tallo y las hojas.
El Guácimo: cuyo nombre científico es Guázuma Ulmifolia Lamark, es un
árbol frecuente de las llanuras cálidas colombianas por debajo de los 1.200
metros sobre el nivel del mar.
Caicedo Velasco y Saa Rivera (2011) exponen que tradicionalmente en el
proceso de producción de panela se emplea mucílagos de algunas plantas
anteriormente nombradas; en los últimos años también se ha recurrido al
uso de polímeros químicos propios del proceso azucarero.
Extracción de los Mucílagos.
La corteza de las plantas proveedoras del mucílago, una vez que han sido
retiradas del árbol, se maceran o machacan con un mazo con el fin de
aumentar la extracción del mucílago. Preparada la corteza se deposita en
un recipiente con agua y se deja hasta que se forme una baba gelatinosa
25
o; se hace un manojo que desprende el mucílago directamente en el jugo
en la paila clarificadora (Duran, Zapata, & García, 1992).
Caña de azúcar (Saccharum officinarum) y procesos de clarificación de
los jugos.
Caña de azúcar (Saccharum officinarum).
Es necesario conocer la composición química promedio de la caña de
azúcar (Saccharum officinarum).
Analizando el anexo 1, la caña de azúcar (Saccharum officinarum) está
constituida principalmente por agua, fibra y sólidos solubles (azúcares
especialmente). Tiene otros compuestos, que por las cantidades en que
aparecen se consideran elementos menores. Tal es el caso de los minerales,
proteínas, ceras, grasas y ácidos que pueden estar en forma libre o
combinada.
Variedades de caña de azúcar (Saccharum officinarum) cultivadas en el
cantón Pangua
Las variedades de caña de azúcar (Saccharum officinarum) cultivadas en
el cantón Pangua y usadas para producir aguardiente, panela y/o
alfeñiques, son:
• Ragnar
• POJ-2878
Siendo la variedad Ragnar que en mayor proporción se cultiva.
Los cañicultores Panguenses, a la variedad de caña Ragnar conocen con
el nombre de “cunchivina”, mientras a la POJ-2878 lo identifican como la
variedad “piojota” o simplemente “cubana”.
No usan controles químicos de malezas y plagas, no se fertiliza la tierra y por
ende es una de las causas de los bajos rendimientos que se registran en la
26
zona en comparación a rendimientos reportados en otros estudios, pero
que constituye una gran ventaja al ser un producto cien por ciento
orgánico.
Gran parte de los agricultores tienen sus cultivos de caña ubicadas en
terrenos con pendientes muy agudas, y unido a esto el desconocimiento de
las técnicas de siembra en dichos terrenos, lo que acarrea como
consecuencia la erosión del suelo principalmente en la época de lluvias
como son en los meses de diciembre a mayo; complementándose que su
densidad de siembra es muy baja.
Generalmente en el cantón Pangua, la densidad de siembra de plantas de
caña de azúcar (Saccharum officinarum) es variable que va entre 1.850 y
2.700 plantas por hectárea, con un promedio ponderado de 2.300 plantas
por hectárea (Fernandez Escobar & Anda Torres, 1998).
Periodo vegetativo y el punto de madurez de caña de azúcar (Saccharum
officinarum).
La elaboración de la panela se inicia con el corte de la caña de azúcar
(Saccharum officinarum) el cual se realiza cuando ésta alcanza su madurez.
El periodo vegetativo o tiempo que demora la caña para madurar, desde
cuando fue sembrada o entre corte y corte, depende de la variedad, las
condiciones climáticas y principalmente de la altura sobre el nivel del mar
(Gordillo & Garcia, 1992).
La caña de azúcar (Saccharum officinarum) en el cantón Pangua se cultiva
desde aproximadamente los 600 hasta los 1.800 m.s.n.m. y, su periodo
vegetativo varía entre los 15 y los 36 meses. El periodo vegetativo menor se
registra en las zonas bajas y el mayor en las zonas altas.
Fernandez Escobar y Anda Torres (1998), reporta que los mejores jarabes o
con más elevados grados brix que tiene la caña de azúcar (Saccharum
officinarum) cultivada en este cantón se obtienen desde los 1.250 m.s.n.m.
27
en adelante, alcanzando valores de 24 grados brix en las zonas más altas.
Lo cual hace que los rendimientos y calidad de la panela sean variados
dentro de la jurisdicción de Pangua.
Gordillo y García (1992) señalan que los métodos técnicos para determinar
el punto de madurez se basan en el establecimiento de la uniformidad de
la concentración de los sólidos solubles o brix, a lo largo del tallo, o mediante
la determinación del contenido de humedad en ciertos puntos específicos
del tallo.
La sacarosa se sintetiza en la caña de azúcar (Saccharum officinarum) de
abajo hacia arriba y su contenido aumenta con el tiempo hasta alcanzar
su óptimo de madurez. Una vez madura se inicia la inversión de la sacarosa
a glucosa y fructosa (azúcares reductores).
Con el fin de determinar los índices de madurez con la cual se corta la caña
de azúcar (Saccharum officinarum), para la producción de panela en
Pangua; se ha establecido el siguiente procedimiento: se toman muestras
de jugo del sexto o séptimo entrenudo del tercio superior y realiza la lectura
respectiva de los grados brix mediante el uso de un refractómetro de
campo cuya lectura se denomina grado brix terminal, y, de la misma forma
se determina los grados brix del sexto o séptimo entrenudo del tercio inferior
al que se denomina grado brix basal.
Con los valores determinados en el brixómetro se establece la siguiente
relación que determina el índice de madurez de la caña:
!.# = °'!°'"
Siendo: I.M: índice de madurez
°Bt: grados brix terminal
°Bb: grados brix basal
28
Duran et Al (1992) establecieron las relaciones que permiten diferenciar
entre lo que es caña de azúcar (Saccharum officinarum) inmadura, madura
y sobre madura, así:
0,95 < I.M < 1,0 madura
I.M > 1,0 sobre madura
I.M < 0,95 inmadura
Sin embargo, la madurez de la caña de azúcar (Saccharum officinarum) se
puede determinar fijando previamente la edad de corte y cuando llegue
la fecha, se procede a la cosecha sin considerar ningún otro factor. Otra
forma de determinar la madurez es cuando los entrenudos se acortan a una
determinada altura.
Fernandez Escobar y Anda Torres (1998) Manifiestan que, entre paneleros
Panguenses que tienen un ritmo normal de trabajo, es decir que no
descansan en determinados meses del año, es frecuente encontrar que
trabajan con índices de madurez de la caña que va del orden de 0,87 a
0,98. Mientras que la variación general es de 0,85 a 1,09. También reportan
datos de °Brix determinados en poblaciones rurales que corresponden a:
San Ramón: 18,02 °Brix
Tablería: 18,48 °Brix
Pucará: 19,42 °Brix
Corte de la caña de azúcar (Saccharum officinarum).
En el sitio llevado a cabo la investigación, existe la modalidad de
entresaque o desguíe, éste se realiza dos o tres veces al año por lote (una
cuadra), extrayendo los tallos que aparentemente han alcanzado la
madurez (Fernandez Escobar & Anda Torres, 1998).
29
Molienda de la caña de azúcar (Saccharum officinarum).
Fernandez Escobar y Anda Torres (1998) Antes de la extracción del jugo, los
paneleros tienen que partir longitudinalmente la caña de azúcar
(Saccharum officinarum) en dos o cuatro partes dependiendo del grosor de
la misma. Lo anterior se explica, porque aún los paneleros tienen sistemas
de tracción animal en molinos verticales y de acuerdo con la clase de
animal empleado y el estado de estos, la capacidad real varía entre 100 y
150 Kg/h y un rendimiento en jugo que va del orden de 50 a 59 por ciento
con un promedio ponderado del 55 por ciento.
Previo a la extracción del jugo de caña de azúcar (Saccharum officinarum)
se separa los entrenudos que presentan índices de fermentación y/o
ataques marcados de insectos minadores o barrenadores. Esta operación,
representa un promedio de pérdidas del 2,5 por ciento de caña.
El nivel de extracción aceptable y que genera una buena rentabilidad
económica es del 60 por ciento. Porcentajes superiores a 65 por ciento
pueden afectar la calidad de los jugos debido al aumento de pectinas,
gomas, ceras, grasas, etc. que dificultan el proceso de clarificación y
genera coloraciones indeseables en los jugos.
El nivel de extracción en peso combinado con los grados brix de los jugos
afecta directamente sobre la cantidad de panela producida.
Para la misma extracción en peso la variación de un grado brix del jugo
puede originar cambios entre 4 a 7 Kg de panela por tonelada de caña.
De la misma manera para jugos con igual grado brix, la cantidad de jugo
cambia en 10 Kg por tonelada de caña por punto de extracción, lo cual
origina una variación entre 1,8 y 2,4 Kg por cada punto que se cambie la
extracción en peso (Duran, Zapata, & García, 1992).
El zumo (jugo) de fruta puede obtenerse, p. ej., exprimiendo directamente
el jugo mediante procedimientos de extracción mecánica (INEN, Aditivos
30
Alimentarios permitidos para consumo Humano. Listas positivas. Requisitos.,
2012); La extracción del jugo de caña de azúcar (Saccharum officinarum)
no es más que el paso del tallo a través del molino, obteniéndose un jugo o
guarapo crudo como producto principal y bagazo húmedo (verde) usado
como combustible para la hornilla (Duran, Zapata, & García, 1992).
Jugo sin clarificar
Es el obtenido directamente del molino y trae gran cantidad de impurezas
como bagacillo, hojas, tierra y otras disueltas.
Físico – químicamente es una disolución compuesto de agua, azúcares y
por materiales en todos los tamaños, desde partículas gruesas hasta iones
coloidales. El material grueso constituye principalmente en tierra, partículas
de cera, que se pueden separar con el uso de pre limpiadores diseñados
por el CIMPA (Duran, Zapata, & García, 1992).
El jugo de caña de azúcar (Saccharum officinarum) no muestra una
comercialización masiva ya que no existen proyectos para su
industrialización, para lo cual se ve necesaria la implantación de una
técnica adecuada de clarificación para mejorar las características físicas
primordiales tales como: brillo, transparencia, uniformidad, etc., siendo esto
un resultado que apoyara la industrialización del jugo y facilitará la
comercialización de esta bebida tan particular; además beneficiará a los
pequeños productores de este producto y mejorar sus ingresos. (Villarroel M
& Ortiz, 2006)
31
Preservación de los jugos de caña de azúcar (Saccharum officinarum).
Aunque se asocian a los tiempos modernos, los aditivos alimentarios llevan
siglos utilizándose. La preservación de los alimentos es una vieja necesidad
y se ha usado durante mucho tiempo, la sal y el salitre se empleaban para
mantener la carne fresca, y las verduras se conservaban en vinagre. Los
aditivos incluyen un pequeño grupo de compuestos inorgánicos (nitritos,
sulfitos, ácido fosfórico, metabisulfitos).
En España se consideran legalmente como aditivos a aquellas substancias
“añadidas intencionadamente a los alimentos para mejorar sus
propiedades físicas, sabor, conservación, etc.”, pero no a aquellas
añadidas con el objetivo de aumentar su valor nutritivo.
Uno de los conservantes más utilizados es el dióxido de sulfuro, de origen
mineral, que se añade a la cerveza, el vino, jugos de fruta, mermeladas y
vegetales secos y enlatados (Memorias de actualización de conocimientos
de la maestria "Zumos Tropicales", 2016)
Sulfito de hidrógeno de sodio (IUPAC) o bisulfito del sodio es un compuesto
químico con fórmula NaHSO3, de masa molecular 104,06 g/mol, aspecto
sólido, densidad 1,48 g/mL, punto de fusión 150 °C y solubilidad en agua de
42 g/100 mL (a 25 °C). Este aditivo tiene denominación y número E222. El
dióxido de sulfuro mata a las levaduras, a los hongos, y a las bacterias en el
jugo de uva antes de la fermentación. Se agrega más adelante al vino en
botella para prevenir la oxidación (que hace el vinagre), y para proteger el
color del vino contra la oxidación, que causa broncear (Freile Vega, 2011).
Los jugos de caña de azúcar (Saccharum officinarum) una vez extraidos,
son muy susceptibles de deterioro principalmente por la acción de
levaduras que fermentan los azúcares produciendo alcohol, por lo que es
necesario preservar.
32
(INEN, Aditivos Alimentarios permitidos para consumo Humano. Listas
positivas. Requisitos., 2012) El E222 no esta restringido su uso en la clase
funcional de antioxidante y sustancia conservadora, con 50 ppm como SO2
residual y sujeto a las leyes del pais importador.
Proceso de clarificación de los jugos de caña de azúcar (Saccharum
officinarum).
El nombre de clarificación se da al proceso mediante el cual se eliminan los
sólidos en suspensión, las sustancias coloidales y los colorantes presentes en
el jugo original de la caña. (Villarroel M & Ortiz, 2006)
Las impurezas contenidas en los jugos sin clarificar es necesario separar en
las etapas de:
1. Pre limpieza,
2. Calentamiento de los jugos.
3. Adición del auxiliar de clarificación, y
4. Clarificación (separación de la cachaza)
Pre-limpieza de los jugos de caña de azúcar (Saccharum officinarum).
Según CIMPA (1992) la pre-limpieza consiste en eliminar por medios físicos y
a temperatura ambiente el material grueso que sale del molino junto al jugo
de caña de azúcar (Saccharum officinarum). Este material consiste
principalmente en tierra, partículas de bagazo y cera.
Fernández Escobar y Anda Tores (1998) En los trapiches de Pangua tienen
como sistema de pre-limpieza una tina recibidora del jugo, ésta elimina muy
pocas impurezas, favorecen la degradación microbiana causando
pérdidas de sacarosa por inversión, las cuales traen como consecuencia la
disminución de la calidad y el rendimiento de la panela.
En la actualidad (año 2016) pocos cañicultores Panguenses han instalado
un solo prelimpiador.
33
Con este fin CIMPA ha diseñado implementos denominados pre limpiadores
y retiene impurezas entre 70 – 90 % (CIMPA, Avances en el Cultivo de Caña
y Elaboración de Panela, 1988). Las dimensiones varían de acuerdo con la
capacidad del molino (Duran, Zapata, & García, 1992).
Paz (1992) demuestra experimentalmente que se retiene el 70,4% de las
impurezas con el uso de un solo prelimpiador, que tiene un área transversal
de 0,0375 m2 de flujo rápido (caudales de flujo rápido 120 a 300 m3/m2día),
con un caudal máximo de 4,94 m3/día., lo que da una razón de 131,75
m3/m2día.
Su función se basa en la separación del material extraño del jugo por la
diferencia de densidad existente entre las impurezas y el mismo.
Los pre limpiadores trabajan así: los jugos llegan del molino al prelimpiador
1 y las impurezas gruesas y pesadas se separan rápidamente del jugo, el
cual pasa por debajo de una tabla retenedora de impurezas flotantes para
dirigirse al prelimpiador 2, este tiene tablas o láminas retenedoras para las
impurezas flotantes y para las pesadas que van por el fondo arrastradas por
el jugo (Duran, Zapata, & García, 1992). Alcanzando una retención de hasta
el 90 por ciento de las impurezas.
Pérez (2004) afirma que este proceso se hace de forma mecánica en
tanques diseñados para retirar los sólidos de gran tamaño e impurezas del
jugo de la caña, también se pasa por filtros o mallas con agujeros del
tamaño adecuado para retener estas partículas grandes de los jugos de la
caña de azúcar (Saccharum officinarum). En los lodos existen agentes
colorantes que se activan con el calor, por lo que es conveniente separarlos
cuando los jugos están fríos, antes de iniciar el calentamiento y cocción de
estos. Lo anterior se puede hacer aprovechando la diferencia de peso
específico de las diferentes partículas, utilizando decantadores o
sedimentadores.
34
Por otra parte Sandoval (1996) manifiesta que, las partículas grandes de
impurezas son sedimentadas en el prelimpiador y retiradas de forma
manual, esta separación evita que las sustancias precursoras del color se
liberen por efecto del calor y disminuya la cantidad de incrustaciones
sólidas de las pailas, aumentando su vida útil y la tasa de transferencia de
calor.
La instalación del prelimpiador resulta muy adecuada a la salida del jugo
del molino.
Calentamiento de los jugos de caña de azúcar (Saccharum officinarum).
Esta segunda fase del proceso de limpieza de los jugos de caña de azúcar
(Saccharum officinarum) ocurre gracias a la aplicación del calor
suministrado por la hornilla durante cierto tiempo, en combinación con la
acción de algunos compuestos: las sustancias coagulantes y clarificantes
(Duran, Zapata, & García, 1992).
Adición del auxiliar de clarificación.
Montenegro (1983) la adición de floculantes naturales a las suspensiones
acuosas contribuye al agrandamiento de los flóculos existentes de 10 a 100
veces su tamaño inicial.
Es importante anotar que el exceso de mucílago es perjudicial, pues en la
fase de batido la panela presentará problemas con el grano al tener una
consistencia blanda y babosa.
Además este autor (1983), agrega que en los jugos de caña de azúcar
existen algunas sustancias poli fenólicas y nitrogenadas que no pueden ser
eliminadas sólo por la etapa de calentamiento, por tanto se hace necesario
la adición de agentes clarificantes los mucílagos.
La clarificación es el procedimiento mediante el cual se preparan y limpian
los jugos que ingresan a la hornilla para su evaporación y transformación en
35
dulce. Es una de las etapas más importantes del proceso general pues es
determinante para la buena calidad del producto final. La separación de
las impurezas se realiza mediante el aglutinamiento de estas en una
sustancia sobrenadante conocida como cachaza, la cual se forma por el
efecto combinado de tiempo, temperatura y la acción de mucílagos
vegetales, siendo retirada luego en forma manual mediante el uso de
remellones.
Por otra parte, Pérez (2004) expone que en la clarificación parte de las
sustancias precursoras y generadoras de color e impurezas en el producto
final, permanecen en solución, sin poder ser removidas en la pre limpieza
debido a su tamaño y requieren la adición de otras sustancias que permitan
su eliminación manual. El jugo precalentado se pasa a la paila clarificadora
donde se adiciona un agente clarificante para aumentar la coagulación
de las impurezas presentes en el jugo.
En la agroindustria panelera, la clarificación de los jugos se hace mediante
la floculación y aglutinación de las impurezas, gracias a un efecto
combinado de temperatura, tiempo y acción de los agentes clarificantes
(mucílagos vegetales). Los mucílagos son sustancias viscosas extraídas de
los tallos, hojas, frutos y raíces macerados de algunas especies, que al entrar
en contacto con el agua o el jugo de caña de azúcar (Saccharum
officinarum), más la acción del calor, eliminan los sólidos en suspensión, las
sustancias coloidales y algunos compuestos colorantes presentes en el jugo;
luego se forma la cachaza, la cual se separa del jugo limpio por métodos
físicos.
Si bien los más empleados en la industria panelera son el balso, el guácimo
y el cadillo, en los cuales la glucosa forma parte de su estructura básica,
existen otras plantas o productos vegetales de uso no tan generalizado
como la "escoba babosa", el "Juan Blanco" o la corteza del fruto del cacao
(Theobroma cacao L). El uso de cortezas vegetales depende de la
disponibilidad y costumbres de cada zona panelera. Por ejemplo, en el
36
Valle del Cauca y Risaralda, para remover la "cachaza negra" es decir, el
primer sobrenadante más grueso que genera el uso de clarificantes se usa
guácimo y para la "cachaza blanca" un segundo sobrenadante más fino
que se aglutina después de retirada la cachaza negra se emplea cadillo.
(Pérez Echeverry, 2004).
Salager Jean y Forgiarini de Guedez (2007) básicamente, la clarificación
tiene lugar gracias a la flotación, puesto que es imposible realizarla
mediante sedimentación ya que, en las pailas recibidora y clarificadora de
la hornilla, los jugos se encuentran en ebullición. Así, algunos sólidos
coloidales y colorantes, dispersos en los jugos, se aglutinan por efecto del
calor en pequeñas masas llamados "flóculos", lo que permite eliminarlos a
través de métodos físicos. El calentamiento acelera la formación de
partículas de tamaño y densidades mayores e incrementa su velocidad de
movimiento, lo que facilita su agregación y separación.
Caicedo Velasco y Saa Rivera (2011) exponen que tradicionalmente en el
proceso de producción de panela se emplea mucílagos de algunas plantas
anteriormente nombradas; en los últimos años también se ha recurrido al
uso de polímeros químicos propios del proceso azucarero.
Formas de adición del auxiliar de clarificación.
La clarificación mediante cortezas se suele realizar de maneras diferentes
(Caicedo Velasco & Saa Rivera, 2011):
a) La corteza clarificante se sumerge directamente en los jugos
(así se realiza en la mayor parte de las regiones paneleras de
nuestro país).
b) Se añade a los jugos una solución clarificante preparada por
separado en la dosis de mucílago y temperatura de los jugos
establecidos.
37
c) La adición del aglutinante se divide en dos partes: la primera
parte se adiciona terminada la pre-limpieza a una temperatura
algo mayor a la del ambiente generalmente, 2° a 3 °C; para iniciar
allí la fase térmica del proceso de producción mediante el
calentamiento de los jugos hasta 50°- 55°C.
CIMPA (1988) recomienda añadir de manera fraccionada la cantidad de
mucílago calculada para la parada a clarificar, esto es, la adición será
inicialmente del 75 % del clarificante.
Duran, Zapata y García (1992) indican que el mucílago de balso se añade
a los jugos de caña de azúcar (Saccharum officinarum) dividido en dos
aplicaciones. La primera cuando los jugos han alcanzado una temperatura
entre 50° - 55 °C. y la segunda fracción una vez retirado la cachaza negra,
cuando los jugos alcanzan 75°- 85°C se agrega el 25 % de mucílago
restante, y, antes de que los jugos alcancen la ebullición se remueve la
segunda capa de las impurezas o cachaza blanca la cual es más liviana
que la anterior.
Estos autores señalan además que para la utilización del cadillo se construye
una escoba con las ramas la cual se introduce en los jugos cuando estos
alcanzan aproximadamente 50°- 55°C, se agita durante 3 minutos, se deja
calentar, y se retira la cachaza negra cuando se alcanza una temperatura
de 85 °C aproximadamente. Esta escobilla tiene una vida útil de
aproximadamente 6 h.
El guácimo se utiliza comúnmente las cortezas de aproximadamente 10
ramas, las cuales se maceran para ser retiradas de las ramas y facilitar la
liberación de los aglutinantes. Con estas cortezas se forma una escoba la
cual se trabaja como el cadillo.
38
Por su parte, Blanco y Zumalacárregui (2006) señalaron que se agrega en
un inicio las 3/4 partes de la cantidad de solución mucilaginosa necesaria y
la cuarta parte restante una vez retirada la cachaza negra.
Caiceo Velaco y Saa Rivera mencinonan (2011) Para el caso del mucilago
de cadillo señalan que, la primera adición del 50 % de mucilago total
necesario se realiza cuando el jugo de caña de azúcar (Saccharum
officinarum) se encuentra a una temperatura aproximada de 62 °C, se agita
el jugo de caña por espacio de 15 minutos y luego se retira las cachazas. El
50 % restante se adiciona cuando el jugo alcanza una temperatura
aproximada de 85 °C, y se repite la agitación de jugos por un tiempo de 5
minutos y finalmente se retira el resto de las cachazas presentes con un
cedazo.
El sistema de sumergir las ramas de la planta directamente al jugo ofrece
una menor homogeneidad de la clarificación, pero disminuye el consumo
de bagazo en la hornilla. Sin embargo, en épocas de verano fuerte es
necesario agregar agua al jugo sin clarificar para que suelte la cachaza
totalmente.
Clarificación (separación de la cachaza)
Según estudios y comparaciones estadísticas, Carlos Gallardo y Holger
Gallardo (2001) concluyeron que los contaminantes del jugo de caña de
azúcar (Saccharum officinarum) en su mayoría son de origen vegetal y con
tamaños menores a las 100 micras. Como resultados señalaron que, ni la
filtración a nivel micro ni la centrifugación son económica y operativamente
viables. Por otro lado, señalaron que se logran excelentes resultados con el
uso de polímeros como floculantes, tanto por tiempo, precio y por la calidad
de los jugos obtenidos.
La coagulación en base a mucílagos obtenidos de las diferentes cortezas
(balso, cadillo y guácimo) generan una serie de reacciones físicas y
químicas entre la sustancia adicionada (coagulante) y la solución (jugos)
39
que dan como resultado la remoción o desestabilización de las fuerzas que
mantienen unidas las partículas. Los agentes clarificantes o coagulantes son
de dos tipos los poli electrólitos y los coagulantes metálicos y se describen a
continuación:
Su uso depende de la disponibilidad y costumbres de la zona. Una de ellas
es la del Valle del Cauca y Risaralda, donde para remover la cachaza
negra se usa guácimo y para la cachaza blanca se emplea cadillo.
Además, existen otras plantas o productos vegetales de uso no tan
generalizado como la "escoba babosa", el "Juan Blanco", la corteza del
fruto del cacao, o el fique y que representan una alternativa para el
desarrollo de los procesos de calidad de la panela. (Pérez Echeverry, 2004)
Osorio (2007) asevera que en la mayoría de las zonas paneleras de
Colombia, estas plantas con poderes aglutinantes y floculantes están
agotadas por el uso permanente e irracional, y su costo actual económico
y ambiental es muy alto. Actualmente se dispone de algunas tecnologías
para el manejo agronómico de estas especies, el control de las principales
plagas y enfermedades que las afectan, la poscosecha y su uso como
clarificantes vegetales en la limpieza de los jugos de la caña de azúcar
(Saccharum officinarum) durante el proceso de producción de mieles y
panela, con el fin de obtener un producto de mejor calidad. Esta es la
misma situación que se presenta también en el Ecuador con la Yausa y
Yausabara, que son muy demandadas en el proceso de clarificación de
jugos.
Paz (1992), señala que la acción de la temperatura en el proceso de
clarificación se evidencia cuando ésta oscila entre 70 y 80 ºC. Debido que
a los 80 ºC, se produce la desnaturalización de las proteínas y la
coagulación de las sustancias orgánicas, se ha fijado una temperatura
límite de 80 ºC, porque a temperaturas mayores a ésta, el movimiento de
las moléculas del líquido por convección es muy rápido, con lo cual se
produce la rotura de los flóculos formados.
40
Como consecuencia de la adición de mucílago, cuando los jugos llegan a
temperaturas entre 75° y 85 °C, se forma en la superficie la llamada
'cachaza negra' capa inicial de impurezas resultantes, la cual se retira
manualmente. Por su parte, los jugos remanentes que quedan en el fondo
del recipiente son devueltos al proceso de limpieza en la paila clarificadora.
Conforme avanza el calentamiento de los jugos, se forma una segunda
capa conocida como 'cachaza blanca', más liviana que la anterior, que se
debe remover con prontitud, puesto que si los jugos alcanzan la ebullición
se hace muy difícil retirarla y se diluye en el jugo haciendo la panela
susceptible al crecimiento de hongos y levaduras, al mismo tiempo que se
reduce de manera significativa su estabilidad y tiempo de
almacenamiento. Por lo tanto, una clarificación adecuada determina en
gran parte la calidad final de la panela y su color (CIMPA, 2012).
Finalmente, el control de pH a base de cal, el porcentaje de mucílago y la
temperatura en un proceso bien llevado que se efectúe en el jugo, hace
que se presente una separación de tres capas: las sustancias menos densas,
las cuales flotan; las más densas, que se asientan en el fondo de la paila en
forma de precipitado, y la porción central del jugo, que queda más o
menos clara.
Cachaza.
La capa sobrenadante que se retira manualmente de la paila
descachazadora es depositada en recipientes llamados cachaceras, en
donde se deja reposar por un tiempo, para favorecer la formación de tres
capas bien definidas: una superior de cachaza, una intermedia constituida
por jugo limpio y otra en el fondo, formada por lodos y otros precipitados
La cachaza reviste una especial importancia, ya que ofrece al panelero
una fuente de ingreso adicional. Por su alto contenido de sacarosa, la
cachaza proporciona un alto valor energético en la dieta alimenticia de
41
cerdos, bovinos, equinos, etc. La cachaza líquida se deposita en bateas o
abrevaderos para los animales y se debe suministrar en un tiempo máximo
de 12 horas.
Para recuperar el jugo limpio, la cachacera posee un orificio a situado a
cinco centímetros de la paila y el jugo decantado vuelve a caer a la paila
clarificadora. (Gonzalez Ortiz & Jaimes Jaime, 2005)
42
CAPÍTULO 2: ASPECTOS METODOLÓGICOS
Experimentos realizados
Para este estudio se llevaron a cabo dos experimentos:
1. Extracción del mucílago de la cáscara de cacao nacional
cultivado en el recinto Las Juntas de la Parroquia Moraspungo; y,
2. Definir la viscosidad y concentración de mucílago de cacao
nacional que permita una acción efectiva en el proceso de
clarificación del jugo de caña de azúcar (Saccharum officinarum) de
la variedad ragnar cultivada en el sector de San Ramón de la
parroquia El Corazón.
La materia prima que se utilizará será obtenida de las plantaciones
anteriormente nombradas.
Métodos
La extracción del mucilago de cascara de cacao (Theobroma cacao L)
nacional es exploratoria, descriptiva y explicativa. Ha sido exploratoria
porque la técnica de extracción de este mucílago no ha sido explorada y
reconocida, sin embargo, al concluir la misma, permitió obtener
información que encamina sobre la posibilidad de llevar a cabo una
investigación más completa. Es descriptiva porque se describe una técnica
de extracción del mucilago. Y, es explicativa porque la interpretación de
resultados de esta realidad investigada se ha basado en un conjunto
organizado de principios, inferencias, descubrimientos y afirmaciones.
Otros métodos que se usaron en esta investigación es el analítico y síntesis,
por encaminarse a analizar en partes los elementos necesarios para cumplir
con los objetivos propuestos, tales análisis permitió construir el experimento
y resolver el problema de una manera lógica y ordenada que finalmente se
obtuvo como producto la delimitación de las variables del proceso de
43
clarificación del jugo de caña de azúcar (Saccharum officinarum) de la
variedad ragnar cultivada en el sector de San Ramón de la parroquia El
Corazón.
Para la obtención del mucílago de cáscara de cacao (Theobroma
cacao L) nacional.
Cáscara de cacao (Theobroma cacao L) nacional.-
a0) pintón, y
a1) maduro.
b0) cáscara troceada, y
b1) cáscara finamente picada.
Para el establecimiento de los indicadores de clarificación.
A: Viscosidad del mucílago.-
a0) 20 cp.
a1) 25 cp. y
a2) 30 cp.
B: Concentración de mucilago.
b0) 0,75 %,
b1) 1,5 % y
b2) 2,25 %
44
Para la obtención del mucílago de cacao (Theobroma cacao L)
nacional.
Tiempo de obtención de la viscosidad de 30 cp. o ligeramente mayor que
30 cp.
Para el establecimiento de los indicadores de clarificación.
Color de saturación del jugo (turbidez).
Análisis físico del experimento 1.
Determinación del tiempo de caída para obtener una viscosidad del
mucilago de cacao (Theobroma cacao L) nacional de 30 cp. medidos a 25
°C usando el viscosímetro de Ostwald.
Análisis físico del experimento 2.
Color de saturación (turbidez) de los jugos clarificados usando el
colorímetro (espectrofotómetro) ANALYTIK JENA, modelo SPECORD 250 plus.
A continuación, se explica brevemente la funcionalidad básica de cada
prueba no paramétrica utilizada en este estudio, junto al objetivo que se
persigue con su utilización:
Test de Friedman (1940); Se trata de un análisis de varianza de segunda vía
para variables apareadas u de carácter no paramétrico. Calcula el orden
de los resultados observados por algoritmo (rj para el algoritmo j con k
algoritmos) para cada función, asignando al mejor de ellos el orden 1, y al
peor el orden k. Bajo la hipótesis nula, que se forma a partir de suponer que
los resultados de los algoritmos son equivalentes y, por tanto, sus rankings
son similares, el estadístico de Friedman
, úû
ùêë
é +×-
+×= å 4
)1()1(
12 222 kkjR
kkNx jF
45
Se distribuye aproximadamente acorde a x2 con k-1 grados de libertad,
siendo (# =$%∑ *&
#& , y N el número de casos. Los valores críticos del estadístico
de Friedman coinciden exactamente con los establecidos en la distribución
x2 cuando N >10 y k > 5.
Test de Holm (Holm, 1979) es una prueba que prueba secuencialmente las
hipótesis ordenadas según su significación. Los valores de p se ordenan por
p1, p2 ,... , de tal forma que p1 ≤ p2 ≤ ... ≤ pk-1. El método de Holm compara
cada pi con α/(k−i) comenzando desde el valor de p más significante. Si p1
es menor que α/(k−1) , la correspondiente hipótesis se rechaza y nos permite
comparar p2 con α/(k−2) . Si la segunda hipótesis se rechaza, se continúa el
proceso de comparación. En cuanto una determinada hipótesis no puede
ser rechazada, todas las restantes se mantienen como aceptadas. El
estadístico para comparar el algoritmo i-ésimo con el j-ésimo es:
.
El valor z se utiliza para encontrar la probabilidad correspondiente a partir
de la tabla de la distribución normal, la cual es comparada con el
correspondiente valor de α.
Los factores para estudiar en la presente investigación son los que se
muestran en los siguientes cuadros:
Nkk
ji RRz ×+×-= 6)1(/)(
46
Tabla 1: Arreglo factorial a*b para la obtención del mucílago de cacao (Theobroma cacao l) nacional con 30 cp.
Nº Símbolo Combinación Tratamientos
1 aobo Cascara de cacao pintón con cáscara troceada
2 aob1 Cascara de cacao pintón con cáscara
finamente picada
3 a1b0 Cascara de cacao maduro con cáscara
troceada
4 a1b1 Cascara de cacao maduro con cáscara
finamente picada
Elaborado por: Fernández, Ángel 2015.
Tabla 2: Arreglo factorial a*b para el establecimiento de los indicadores clarificación del jugo de caña de azúcar (Saccharum officinarum) de la variedad ragnar.
Nº Símbolo Combinación Tratamientos
1 aobo 20 cp. ^ 0,75 %
2 aob1 20 cp. ^ 1,5 %
3 aob2 20 cp. ^ 2,25 %
4 a1bo 25 cp. ^ 0,75 %
5 a1b1 25 cp. ^ 1,5 %
6 a1b2 25 cp. ^ 2,25 %
7 a2bo 30 cp. ^ 0,75 %
8 a2b1 30 cp. ^ 1,5 %
9 a2b2 30 cp. ^ 2,25 %
Elaborado por: Fernández, A 2015.
47
Población y Muestra.
Con el fin de garantizar la reproducibilidad de los datos experimentales, se
propone trabajar con tres replicas, que para cada experimento se describe
las unidades experimentales a ensayar:
1er experimento Diseño factorial a*b donde cada factor tiene dos niveles
diferentes, con tres replicas, en consecuencia:
Número de tratamientos: 4
Número de repeticiones: 3
Unidades experimentales: 12
2do experimento Diseño factorial a*b donde cada factor tiene tres niveles
cada uno, con tres replicas, quedando:
Número de tratamientos: 9
Número de repeticiones: 3
Unidades experimentales: 27
Técnicas
Obtención del mucílago de cáscara de cacao (Theobroma cacao L)
nacional.
Cosecha y selección del cacao (Theobroma cacao L) nacional.
La madurez fisiológica de las mazorcas de cacao (Theobroma cacao L)
nacional se determina con el cambio de coloración de la cascara de un
verde en estado inmaduro a un color amarillo en condición maduro.
Las mazorcas pintonas de coloración verde amarillentas fueron
seleccionadas en el huerto.
48
Ilustración 1: Cosecha de cacao (Theobroma cacao L) nacional.
La cosecha se realizó utilizando palancas de caña de guadua con
poladera bien afilada, que es una costumbre ancestral de los agricultores
de Moraspungo y su entorno. Se tuvo cuidado de no dañar las partes
leñosas del árbol de cacao (Theobroma cacao L) nacional, para evitar que
los cortes o heridas en las ramas o tronco sean la vía de penetración de
alguna enfermedad en la planta. Si la mazorca se encontraba al alcance
de la persona que realizaba esta actividad, se lo hacía con la ayuda de un
machetillo.
La selección de las mazorcas se hizo a nivel de finca, pues se consideró
únicamente aquellas pintonas y maduras en buen estado, que no
presenten magulladuras por efecto de la caída del árbol.
Es de importancia evitar realizar cortes a la mazorca en esta operación,
pues las cortezas que sufren golpes o cortes son rápidamente oxidadas.
Lavado.
Las mazorcas seleccionadas en el huerto fueron trasladas al sitio donde se
realizó la extracción de mucílago, esto en el Recinto Las Juntas, Parroquia
Moraspungo. Seguidamente se procedió a lavarlas.
49
Corte de la mazorca y separación de las almendras.
Continuando con el proceso, se corta los extremos de la mazorca y se parte
longitudinalmente con un machetillo de acero inoxidable, inmediatamente
separar las almendras de cacao y continuar la operación unitaria así:
Selección de las cáscaras de cacao (Theobroma cacao L).
Cuando al partir la mazorca de cacao (Theobroma cacao L) y extraer las
almendras, se observe índices de oxidación como se muestra en la figura 3,
se debe descartar las cascaras, pues conduce a obtener un mucilago
ligeramente amarillento y no cristalino como es el adecuado.
Picado de la cascara de cacao (Theobroma cacao L).
La cáscara fue picada finamente, con un espesor entre 0,3 – 0,6 mm. La
cáscara de cacao (Theobroma cacao L) nacional por ser leñosa, fibrosa y
mucilaginosa, resultó complejo realizar el machacado con un mazo, pues
al golpe se parte en trozos gruesos y salta.
Pesaje.
En una balanza Ohaus (precisión 0,1 g), se procedió a pesar la masa
requerida de cáscara finamente picada.
Dosificación.
La dosificación de cáscaras de cacao (Theobroma cacao L) nacional en
las condiciones propuestas se calculó para un volumen de agua de 3 L.,
considerando como variable constante el 25 % de cáscara.
Deberá tener listo la dosis de aguardiente y pesado la cantidad de
metabisulfito.
50
Quedando establecido la formula siguiente:
Cáscara: 25,0 %
H20: 73,59 %
Aguardiente de 60°: 1,4 %
Metabisulfito de sodio: 0,01 %
Inmersión en agua y cocción de la cáscara de cacao (Theobroma
cacao L).
Previo al corte de la cascara del cacao (Theobroma cacao L) nacional, el
agua se pone a calentar, y cuando está cerca de ebullición se procede a
realizar las operaciones precedentes.
Alcanzado el punto de ebullición del agua, inmediatamente se añade el
metabisulfito de sodio (y se agita para que se distribuya uniformemente en
el agua), la cascara de cacao (Theobroma cacao L) nacional finamente
picada y el aguardiente en las dosis establecidas en la fórmula.
Al añadir la cascara de cacao (Theobroma cacao L) nacional, y el
aguardiente la temperatura del agua desciende, hasta alcanzar el
equilibrio térmico; se espera que nuevamente alcance la temperatura de
ebullición. A partir que ha alcanzado la ebullición esta mezcla, se deja hervir
por 5 minutos. Durante este tiempo se agita levemente el sistema, de
manera espaciada (unas dos a tres veces en este lapso).
Enfriamiento.
Transcurrido los 5 minutos en ebullición, debe retirarse del fuego y enfriarse
a baño maría con abundante agua que está a temperatura ambiente.
Durante esta etapa se agita la mezcla para ayudar al enfriamiento.
51
Estrujado.
Cuando la temperatura ha descendido alrededor de 40° – 45 °C, se
procede a estrujar con la mano (obviamente con guantes quirúrgicos por
higiene). Este proceso de estrujado se debe hacer por un minuto
aproximadamente y en espacios de 5 a 6 minutos.
El estrujado, hace que la cascara genere rápidamente el mucilago a la
concentración requerida en esta experimentación. Además, al estar
cocidas y suaves las cáscaras finamente picadas, el estrujado da un
aspecto de machacado a corteza de cacao nacional.
Tamizado.
Desde que se añade la cáscara de cacao (Theobroma cacao L) nacional
a la cocción hasta que el mucílago alcanza una viscosidad de 25 cp. o 30
cp. demora aproximadamente 60 u 80 minutos respectivamente.
Transcurrido el tiempo citado, inmediatamente debe tamizarse para
separar el mucilago generado de la cascara de cacao (Theobroma cacao
L) nacional; caso contrario sigue soltando más mucílago y se puede superar
la viscosidad deseada.
Envasado.
El mucilago obtenido, fue envasado ya en las cantidades requeridas para
el proceso de clarificación en doble funda de polietileno de baja densidad.
Paralelamente se realiza la toma de muestras, que permite realizar el análisis
de tiempo de caída, usando el viscosímetro de Ostwald, así como las
determinaciones de densidad que permiten calcular la viscosidad.
52
Congelación.
Se congela las muestras de mucílago por espacio de 24 horas, para
posterior utilización en el proceso de clarificación de los jugos de caña de
azúcar de la variedad ragnar.
Esto se hace con el fin de conservar el mucílago, pues a la jornada siguiente
se procede a utilizar en la clarificación de jugos.
Ilustración 2: Diagrama de bloques mostrando corrientes de entrada y salida del proceso de obtención del mucílago de cáscara de cacao (Theobroma cacao L) nacional.
53
Determinación de la viscosidad del mucilago de cáscara de cacao
(Theobroma cacao L) nacional.
Introducción.
La viscosidad es la resistencia que al flujo de una capa fluida ejerce las
capas adyacentes. El coeficiente de viscosidad ɳ es la fuerza requerida por
unidad de área para mantener la unidad de gradiente de velocidad entre
dos planos paralelos en el fluido, separados un centímetro.
La unidad de viscosidad en el sistema CGS se llama poise.
La viscosidad de un líquido puede ser determinada midiendo su velocidad
de flujo a través de un tubo capilar. Para un líquido fluyendo a través de un
tubo capilar de radio r, para un tiempo t, bajo una presión superior
constante p, el volumen y el líquido fluyendo por el tubo está dada por la
ecuación de Poiseville:
+ = ,-.*'
80 (1)
Donde 0 es la longitud del tubo. Si las dimensiones del capilar y el volumen
del líquido fluyendo a través de él, son constantes. La ecuación (1) se
reduce a:
ɳ = ,-.(2)
Así, aunque la determinación de la viscosidad absoluta es algo difícil, la
relación de la viscosidad de los dos líquidos puede ser determinada usando
un viscosímetro. La presión p que actúa sobre el líquido de densidad 6 a
través del capilar del viscosímetro tiene en cualquier instante el valor de h,
6, g, donde h es la diferencia de altura entre los niveles en cada borde del
instrumento. A pesar de que h varía a lo largo del experimento los valores
inicial y final son los mismos en cada caso; por lo tanto 6 es proporcional a
54
la densidad. La relación entre las viscosidades 1 y 2 de los dos líquidos cuyas
densidades son 61 y 62 es:
ɳ$ɳ(=6$.$6(.(
(3)
Donde t1 y t2 son los tiempos de flujo.
El viscosímetro debe ser por lo tanto calibrado usando un líquido de
viscosidad y densidad conocidas, por ejemplo, el agua.
Aparatos y reactivos
- Viscosímetro de Ostwald.
- Cronómetro.
- Pipeta graduada de 10 mL.
- Varilla de agitación.
- Termostato 25 °C.
- Manguera.
- Agua.
- Solución de mucílago de cacao (Theobroma
cacao L) nacional.
Método.
Se lava el viscosímetro con una mezcla sulfocrómica, se enjuaga con agua
destilada y se seca. Se asegura que el viscosímetro en el termostato a 25 °C
± 0.2 °C. Se añade con la pipeta un volumen especificado de agua (puede
ser de 10 mL) y se deja 10 minutos para permitir que el agua alcance la
temperatura del termostato. Con la ayuda de un pedazo de manguera se
succiona el líquido por el brazo del capilar del viscosímetro hasta que la
55
superficie del líquido este más arriba de la marca superior “a” (Fig. 12).
Entonces se permite que el líquido baje por el tubo. El tiempo requerido por
la superficie del líquido (menisco) para pasar desde la marca superior “a”
hasta la marca inferior “b” se anota.
El proceso se repite usando la misma cantidad de solución de mucílago de
cacao nacional hasta obtener un valor constante.
Finalmente encontrar la viscosidad de la solución mucilaginosa de cacao
(Theobroma cacao L) nacional usando la ecuación (3).
Proceso de clarificación de los jugos de caña de azúcar (Saccharum
officinarum) de la variedad ragnar.
El proceso de clarificación se ha llevado en las mismas condiciones de
trabajo de los cañicultores Panguenses. Únicamente se limpió lo mejor
posible el área de trabajo.
Corte de la caña azúcar (Saccharum officinarum).
El corte se realiza con la ayuda de machetes, y en la modalidad de
entresaque y desguíe, pues en Pangua no se realiza el corte mediante zafra
como es en los ingenios.
De la planta se escogen los tallos que han alcanzado su plena madurez, en
el que prima la experiencia de los agricultores.
Ilustración 3: Viscosímetro de Ostwald.
56
La caña de azúcar (Saccharum officinarum) de la variedad ragnar se
agrupa en un pilo, para posterior transporte a la unidad de producción
panelera.
El índice de madurez promedio con el que se trabajó en los tratamientos fue
de 0,96 ± 0,02.
Transporte de la caña de azúcar (Saccharum officinarum).
Una vez cortada la caña de azúcar (Saccharum officinarum),
inmediatamente es transportada a la unidad de producción (trapiche) a
través de acémilas, tales como caballares o mulares, según la disponibilidad
de los agricultores. En su gran mayoría, los agricultores tienen el trapiche
junto al cultivo de caña de azúcar.
Limpieza de la caña de azúcar (Saccharum officinarum).
La caña de azúcar (Saccharum officinarum) tiene raicillas y musgos
adheridos al tallo lo que es necesario realizar un raspado ligero con un
machete pequeño para eliminarlos.
Lavado de la caña de azúcar (Saccharum officinarum).
Para el desarrollo del proceso de clarificación la caña de azúcar
(Saccharum officinarum) de la variedad ragnar, se procedió a lavar con el
fin de eliminar tierra, arena y excrementos de pájaros y/o insectos que se
encuentran en algunos tallos. Esta operación no fue intensa, es decir no un
cepillado de los tallos, sino, con la ayuda de saco plástico y abundante
agua.
Partido de la caña de azúcar (Saccharum officinarum) y eliminación de
fracciones con índice de deterioro y/o fermentación.
57
La caña de azúcar (Saccharum officinarum) de la
variedad ragnar cultivada en el cantón Pangua es
bastante gruesa, en especial la parte basal, por lo que se
hace necesario la mayoría de tallos partir en dos y/o
cuatro partes.
La caña de azúcar (Saccharum officinarum) delgada no
es necesario partir.
Esta operación permite observar cañas que han sufrido
ataques de insectos, o sobre maduras que presentan
índices de fermentación, por lo que se aprovecha para
segmentar la fracción deteriorada.
Figura 1. Partido de la caña de azúcar
(Saccharum officinarum).
Molienda de la caña de azúcar (Saccharum officinarum).
58
Partida la caña de azúcar (Saccharum officinarum) inmediatamente se
procede al proceso de molienda, de tal manera que entre una operación
y otra no se dejó transcurrir más de 10 minutos, esto con fin de evitar índices
de fermentación.
Esta operación unitaria se realizó en un molino mecánico, cuyo rendimiento
no superaba el 55 %; pues los agricultores de la zona consideran que ajustar
más las mazas del molino para aumentar el rendimiento de jugo en relación
con la cantidad de caña utilizada, hace que el bagazo salga muy troceado
de este proceso, y ellos prefieren tener el bagazo entero para secar
guindando en varengas estratégicamente ubicadas alrededor del
trapiche.
Este bagazo se utiliza como combustible para el proceso de calentamiento
y evaporación de los jugos para elaborar panela, alfeñiques o mieles; así
como, para el proceso de destilación del aguardiente.
Prelimpieza de los jugos.
El jugo extraído en la operación unitaria de la molienda pasa por un
prelimpiador, colocado estratégicamente a la salida del molino,
continuando a ser recibido en una tina recibidora.
Inmediatamente se midió el volumen de 10 litros de jugo para el proceso
de clarificación, y se añadió metabisulfito en una relación de 125 ppm,
con el fin de evitar procesos de fermentación de los jugos.
El jugo extraído se analizó el pH, dando un valor en todos los tratamientos
de 5,77. Para este fin se utilizó un pH-metro digital ECO TESTR pH2. El valor de
pH de los jugos, determinó que no sea necesario añadir cal.
El valor promedio de los sólidos solubles, medido con un brixómetro de
marca OECHSLE de 0 – 35% fue:
Para patrón y tratamientos con mucilago de 20 cp: 19,47 °Bx.
59
Para patrón y tratamientos con mucilago de 25 cp: 19,53 °Bx.
Para patrón y tratamientos con mucilago de 30 cp: 19,65 °Bx.
Calentamiento de los jugos.
Inmediatamente se procedió a calentar los jugos hasta alcanzar los 56 °C ±
2 °C, previo a la adición del mucílago de cascara de cacao obtenido. La
temperatura se midió con un termómetro bimetálico marca MULTI-
THERMOMETER LCD DIGITAL.
Para cada tratamiento considerado en relación a la
viscosidad, se procedió a calentar un jugo en las mismas
condiciones. Este es considerado patrón, ya que no tiene
metabisulfito añadido, ni mucílago de cascara de cacao
(Theobroma cacao L) nacional.
Adición de mucílago de cáscara de cacao (Theobroma cacao L).
Una vez alcanzado la temperatura de 56 °C ± 2 °C, se procedió a añadir el
75 % de mucílago de cascara de cacao (Theobroma cacao L) nacional
según consta en el diseño experimental propuesto en esta investigación. Al
añadirse el mucílago debe agitarse el jugo de caña de azúcar por espacio
de unos 30 segundos, con el fin que el floculante natural se homogenice en
el sistema.
Para el este caso, el mucilago que se encontraba congelado, previamente
se descongeló por inmersión en agua a temperatura ambiente.
Gradiente de temperatura para la acción del mucílago de cáscara de
cacao (Theobroma cacao L) nacional.
60
Se controló el proceso en todos los tratamientos, una vez añadido el
mucílago de cascara de cacao (Theobroma cacao L) nacional, que la
temperatura suba gradualmente a una razón de 1,5 ± 0,2 °C/min., para
permitir la acción del floculante natural sobre las impurezas que tiene el jugo
de caña de azúcar, y comience la formación de la cachaza negra
sobrenadante.
Retiro de la cachaza, clarificación propiamente dicha.
Con la gradiente de temperatura controlada, y una vez que los jugos
alcanzaron los 75 °C ± 2 °C en aproximadamente 12 minutos, se formó una
cachaza negra bastante espesa, la misma que fue retirada con un tamiz
casero.
Mientras se retira la cachaza negra los jugos siguen calentándose, por lo
que esta operación debe realizarse lo más rápido posible.
Retirada la cachaza negra se añade el 25 % de mucilago de cascara de
cacao (Theobroma cacao L) nacional restante con el fin de que salga la
cachaza más liviana que se torna blanquecina y que se va tornando
dificultoso retirarla, esto debido a que, se observó que el movimiento de los
jugos por el proceso de transferencia de calor por convección se acelera
por sobre los 85 °C.
Los jugos de caña de azúcar (Saccharum officinarum) alcanzan el punto de
ebullición, a partir de este instante, se controló el tiempo y se dejó hervir los
jugos por 5 minutos adicionales. Mientras los jugos hervían se continuaba
sacando la cachaza blanca.
Una vez que ha hervido 5 minutos, se procedió a tomar las muestras que
fueron envasadas en botellas tipo ámbar de la bebida pony malta (que
fueron lavadas y desinfectadas).
61
Enfriado el jugo de las muestras se procedió a refrigerar las muestras, para
posteriormente trasladar en empaques térmicos para que permanezca
frescas, al laboratorio FICAYA de la Universidad Técnica del Norte, en la
ciudad de Ibarra. Las muestras tomadas fueron analizadas en el colorímetro
en un espacio de tiempo de 48 horas después.
El jugo clarificado se trasvasó a las pailas en donde concentraban para
panela.
Determinación del color espectral y saturación.
Para la determinación del color espectral y saturación de los jugos
clarificados de caña de azúcar (Saccharum officinarum) de la variedad
ragnar, se usó un colorímetro de las siguientes características:
• Espectrofotómetro: ANALYTIK JENA, modelo SPECORD 250 plus.
• Programa que usa el equipo para desplegar datos: WinASPECT PLUS.
El procedimiento se describe a continuación:
• Escoger la opcion de medida: color.
• Tabla de muestras.
• Añadir el nombre de la muestra.
• Cargar la muestra en la celda de cuarzo.
• Comenzar y ordenar la lectura del color espectral y de saturación.
• Realizar un scanning del patrón y de la muestra.
• Guardar la lectura.
62
Ilustración 4: Diagrama de bloques mostrando corrientes de entrada y salida del proceso de clarificación del jugo de caña de azúcar (Saccharum officinarum) de la variedad ragnar usando mucílago de cáscara de cacao (Theobroma cacao L) nacional.
63
CAPITULO 3: RESULTADOS Y CONCLUSIÓN
Análisis del proceso de obtención del mucílago de cáscara de cacao (Theobroma cacao L) nacional.
A continuación, se presenta los resultados obtenidos de la extracción del
mucílago de cascara de cacao (Theobroma cacao L) nacional en relación
con el tiempo de inmersión en agua.
Tabla 3: Viscosidad del mucilago de cascara de cacao (Theobroma cacao l) nacional obtenido mediante inmersión en agua a dos tiempos en cada tratamiento.
Combinación de Tratamientos
Tiempo de inmersión
(min)
Viscosidad mucilago de ca1scara de cacao (cp.)
a0b0 60 1,8599
80 3,07403333
a0b1 60 15,3507333
80 20,9163
a1b0 60 2,1347
80 2,25296667
a1b1 60 25,5175667
80 30,9386
Fuente: Fernández, A. (2015)
En los datos obtenidos de viscosidad (cp.) reportados en la tabla
precedente, se observa que el cacao (Theobroma cacao L) nacional
1 Promedio de determinaciones por triplicado
64
maduro del tratamiento a1b1 (cacao nacional maduro con cáscara
machacada) desprende el mucílago a la viscosidad requerida en esta
investigación en el menor tiempo; es decir, que en alrededor de 60 minutos
se obtiene una viscosidad de 25 cp. y en aproximadamente de 80 minutos
una viscosidad de 30 cp.
En la práctica le sigue el cacao pintón con cascara machacada que en la
experimentación se obtuvo 20 cp. en tiempo aledaño a 80 minutos y con el
procedimiento propuesto los 30 cp. se alcanza en torno a 90 minutos.
Para el caso de cascara de cacao (Theobroma cacao L) pintón y maduro
en los tiempos estudiados se ha obtenidos muy bajas viscosidades,
señalando que en el estudio exploratorio aun 24 horas después en estas
condiciones sigue con viscosidades bajas que no alcanzan el 60 % de la
viscosidad requerida para esta investigación.
Análisis del proceso de clarificación de los jugos de caña de azúcar (Saccharum officinarum) de la variedad ragnar usando mucílago de cáscara de cacao (Theobroma cacao L) nacional.
Con el fin de interpretar los resultados se parte de un análisis estadístico,
(prueba de normalidad) para la aplicación de técnicas paramétricas o no
paramétrica
Discusión
Formas de extracción de los mucílagos.
Paz (1992) estableció el siguiente procedimiento de extracción del
mucílago de balso: con 10 trozos de corteza de 30 x 10 cm que da un peso
aproximado de 3 kg los que se sumergen en 10 litros de agua. Se deja
reposar por 2 horas, tiempo en el cual se habrá formado una solución
viscosa de 24 cp. (Determinado a 24 °C), se filtra para eliminar las impurezas.
El balso para su utilización se retira la corteza del árbol, se maceran o
machaca con un mazo con el propósito de liberar los mucílagos. Se dejan
65
en remojo hasta que forme una solución con una viscosidad de 6 cp. similar
a la clara del huevo. (Duran, Zapata, & García, 1992)
La solución de mucílago se prepara sumergiendo la corteza en agua
caliente hasta obtener un líquido viscoso. En algunos trapiches, la
preparación externa del mucílago se sustituye el agua por jugo clarificado.
Los aglutinantes se preparan disgregando 125 gramos de corteza de ramas
maceradas en un litro de agua a 50 °C, en donde el balso disgregado en
agua caliente reduce en 3%, la presencia de sólidos insolubles en el
producto final sobre el método tradicional. (Caicedo Velasco & Saa Rivera,
2011)
Realizando un análisis, de la forma propuesta por Paz para extraer mucílago
de balso, se desprende que la relación cáscara de balso y solución es del
23,08 %; mientras que, Caicedo y Saa sugiere 11,11 %, además señala una
temperatura de maceración.
Las reacciones de óxido reducción son catalizadas por las enzimas óxido-
reductasas (Scragg, 1996). La velocidad de reacción de las enzimas se
duplica y hasta se cuadruplica cuando encuentran la temperatura
adecuada de acción, por esta razón, y para no dar tiempo a su actividad
es necesario provocar un shock térmico (2016).
Por lo anterior, esta investigación se realizó usando el 25 % de cascara de
cacao en relación con el sistema, adicionando metabisulfito debido a que
materia prima señalada es altamente oxidativa causadas por las enzimas
óxido-reductasas, se sometió a un shock térmico para inactivar enzimas y
provocar un blanching. El preservante se añadió porque el mucílago
extraído no iba a ser de utilización inmediata, requiriendo de la aplicación
de frío a nivel de congelación para evitar procesos fermentativos.
Dosis de mucílago en procesos de clarificación.
66
En varios lugares de Colombia se utilizan entre 15 y 30 litros de solución por
cada 500 litros de jugo (Blanco & Zumalacárregui, 2006).
Añadir, el mucílago de balso de 24 cp. 1,5 por ciento del volumen de jugo
de caña a tratarse, obteniéndose una cantidad satisfactoria de la capa
sobrenadante y no se ve afectado la turbidez (Paz, 1992). La solución de
mucílago de balso con una viscosidad de 6 cp. se debe adicionar el 2,5 %
en referencia al volumen de jugo de caña de azúcar (Saccharum
officinarum) a clarificar (Duran, Zapata, & García, 1992).
En procesos de clarificación, se emplean soluciones floculantes en dosis que
oscilan desde 0,1% hasta 4% (p/v) (González , Falcón, & García, 2006)
Se desprende entonces que, la dosificación de mucílagos o
floculantes naturales varía entre 0,1 y 6 % según lo indicado por los
investigadores de ésta área. Por lo que, se justifica plenamente el uso de
porcentajes de 0,75, 1,5 y 2,25 % en esta investigación.
Temperatura adecuada para adición de mucílagos y su gradiente de
calentamiento.
Las temperaturas que deben alcanzar los jugos de caña de azúcar antes
de añadir el mucílago son variables, algunos autores recomiendan lo
siguiente:
Una vez que se ha completado el nivel de jugo en paila clarificadora y
calentado alrededor de 60 ºC se añade el mucílago. (CIMPA, 1988) y
permitir un tiempo de operación adecuado para garantizar la formación
de una espesa capa de cachaza que puede retirarse con facilidad.
(Montenegro, 1983)
En Colombia en pruebas comparativas realizadas se notó que muchas
veces en uso de mucílagos vegetales toma como temperatura inicial del
proceso alrededor de 56 °C. (Duran, Zapata, & García, 1992)
67
Blanco y Zumanlacárregui (2006) Señalaron que la solución de mucílago se
emplea cuando los jugos han alcanzado una temperatura superior a 60 °C.
Una vez añadido el mucílago, el proceso de transferencia de calor en la
paila clarificadora de jugos de caña de azúcar el efecto combinado de
temperatura - tiempo permite que se forme una capa sobrenadante de
impurezas denominada cachaza. En este contexto, varios autores
recomiendan lo siguiente:
Paz (1992) recomienda que la temperatura se eleve entre 1 y 1,5 ºC por
minuto.
Duran et Al (1992) Señala que una vez añadido el mucílago, el
calentamiento hasta que se forme la cachaza negra antes de retirar de los
jugos de caña de azúcar (Saccharum officinarum) en las proximidades de
los 75 °C, debe durar 10 minutos. Para obtener los mejores resultados la
velocidad de calentamiento debe ser superior a 1,5°C por minuto.
Por su parte, Caicedo Velasco y Saa Rivera (2011) Sugieren que la
velocidad de calentamiento debe ser superior a 1°C/min para que los
resultados sean satisfactorios.
Estas investigaciones precedentes, permitieron decidir qué, la adición del
mucílago de la cascara de cacao (Theobroma cacao L) nacional sea a 56
°C ± 2 °C y un incremento de temperatura una vez añadido el floculante de
razón de 1,5 ± 0,2 °C/min.
El inicio de retiro de la cachaza negra se realizó a 75 °C ± 2 °C, pues presentó
buena consistencia a la temperatura citada.
Control de pH de los jugos de caña de azúcar.
68
El pH de los jugos en el momento de adicionar el aglutinante es de 5.8
(Duran, Zapata, & García, 1992). La actividad de los clarificantes vegetales
es más eficiente entre un pH 5,2 a 6,2; siendo los adecuados los valores de
5,7 a 5,8. Una clarificación eficiente con mucílago de balso se encuentra en
un pH 5,7. (Paz, 1992).
Fernández Escobar y Anda Torres (1998), manifiestan que en Pangua los
mejores resultados del proceso de clarificación de los jugos de caña de
azúcar (Saccharum officinarum) usando mucílago de balso para producir
panela granulada está en pH 5,8 a 5,85.
La regulación del pH en la producción de panela se realiza mediante el uso
de la cal (Duran, Zapata, & García, 1992).
Antiguamente la clarificación se realizaba con cal y calor, el cual es
conocido como proceso de defecación simple y se efectúa antes de
concentrado el jugo por evaporación. La cal produce reacciones con las
sustancias en el jugo, de diferentes características: algunas dan origen a
compuestos que quedan en suspensión, otras producen precipitados y
también se producen reacciones que forman compuestos solubles en el
jugo (ICIDCA, 1989).
Para este proceso de clarificación emprendido con el uso de mucílago de
cascara de cacao (Theobroma cacao L) nacional, no fue necesario realizar
el ajuste del pH a valores considerados por investigadores de la industria
panelera como óptimo, pues los jugos de caña de azúcar (Saccharum
officinarum) del sector de San Ramón, de la Parroquia el Corazón,
presentaron un pH promedio de 5,77. Debiendo anotar que, la fase
experimental fue desarrollada in situ en octubre del 2015.
Color de los jugos clarificados.
69
Para el análisis debe tener en cuenta que, la aplicación de los principios y
leyes en Ingeniería de Alimentos requiere la perfecta comprensión de que
los alimentos son sistemas muy complejos de multi componentes, en algunos
casos anisotrópicos, completamente variables en su composición,
termolábiles y perecederos (Alvarado, 1996).
El color de un alimento es relevante, a punto que se lo considera
precisamente como índice de calidad en varios productos
manufacturados, entre otros, los zumos o jugos de frutas. Concede el
carácter distintivo a los alimentos a los cuales está habituado el consumidor.
Su aplicación es determinante en el diseño de cualquier tipo de envase y
embalaje, siendo la respuesta a la máxima popular y de mercadeo
resumida en la frase cada día se come más por los ojos (Saltos, Sensometría.
Análisis en el Desarrollo de Alimentos Procesados, 2010)
Con respecto al color no se conoce un estudio que haya definido valores
de color espectral y de saturación para jugos clarificados de caña de
azúcar (Saccharum officinarum) de la variedad ragnar, usando mucilagos
de cascara de cacao (Theobroma cacao L) nacional o de otro floculante
natural.
En el caso del patrón usado para comparar el mejor tratamiento, su color
espectral fue de 576 nm, y de saturación 63,9099 %; y, en la combinación
a1b2 el color espectral también es de 576 nm y de saturación 46,905167 %.
Esto permite calcular el valor porcentual de aclaración de los jugos de caña
de azúcar (Saccharum officinarum) de la variedad ragnar clarificados
usando mucílago de cascara de cacao (Theobroma cacao L) nacional, así:
%9:;9 = <;=) −;=!
;=)? ∗ 100
De donde:
% AJCA: % de aclaración de los jugos de caña de azúcar.
70
CEp: Color espectral del patrón.
CEt: Color espectral del tratamiento.
%9:;9 = B63,9099% − 46,905167%
63,9099% I ∗ 100
%9:;9 = 26,607%
Entonces, los jugos de caña de azúcar (Saccharum officinarum) de la
variedad ragnar clarificados con mucílago de cascara de cacao
(Theobroma cacao L) nacional, se aclaran en un 26,607 %.
Estos valores servirán de base para posteriores investigaciones en esta área,
teniendo en cuenta que es un parámetro que define la calidad de los jugos,
que conduce a un color amarillo brillante de la panel
71
Conclusiones
Para la obtención de mucílago de cacao (Theobroma cacao L) nacional
útil para clarificar jugos de caña de azúcar (Saccharum officinarum) de la
variedad ragnar, debe utilizarse cascaras de cacao maduro y machacado
para macerar en agua por alrededor de 60 minutos y se obtendrá una
solución de viscosidad de 25 cp. Esta maceración deberá seguir los
lineamientos propuestos en la metodología de extracción. La formulación
queda establecida así: Cáscara de cacao nacional 25,0 %; H20 73,59 %;
Aguardiente de 60° 1,4 %; Metabisulfito de sodio 0,01 %
La clarificación utilizando mucilago de cacao (Theobroma cacao L) con
viscosidad de 25 cp. y 2,25 % (tratamiento a1b2) en relación al volumen de
jugo a tratar debe ser utilizado en procesos de clarificación de jugos de
caña de azúcar (Saccharum officinarum) de la variedad ragnar; debido a
que, el estudio realizado arrojo que su valor medio es mejor en comparación
los demás tratamientos y significativamente supero al patrón (jugo de caña
sin adición de mucílago), a0b0 (20 cp. * 0,75 %), y a2b1 (30 cp. * 1,5 %).
Para medir la calidad de la clarificación de jugo de caña de azúcar
(Saccharum officinarum) de la variedad ragnar, considerando el
tratamiento a1b2, es decir utilizando mucílago de cáscara de cacao de 25
cp. y 2,25%, quedan establecidos los descriptivos siguientes: Color espectral
576 nm; Saturación 46,905167 %; desviación estándar 2,7548050; Mediana
46,3554 %; Varianza 7,589 y un Rango de 5,4267. Los jugos de caña de
azúcar (Saccharum officinarum) de la variedad ragnar clarificados con
mucílago de cascara de cacao (Theobroma cacao L) nacional, se aclaran
en un 26,607 %.
72
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